بررسی امکان سنجی انواع کانال رودوپسین برای اپتوژنتیک در مقیاس نانو

بررسی امکان سنجی انواع کانال رودوپسین برای اپتوژنتیک در مقیاس نانو

الیاف فوق نازک برای اپتوژنتیک کم تهاجمی

ظهور اپتوژنتیک عصر جدیدی از علوم اعصاب را آغاز کرده است، زیرا به محققان اجازه می دهد نورون های خاصی را با نور در حیواناتی که آزادانه حرکت می کنند فعال یا مهار کنند. همراه با ضبط‌های الکتروفیزیولوژیکی، ابزارهای اپتوژنتیک می‌توانند تعاملات پیچیده بین نورون‌ها را در طول عملکردهای روزمره و همچنین در شرایط بیماری آشکار کنند.

فیبرهای نوری برای اپتوژنتیک معمولاً دارای سطح مقطع چند مرتبه بزرگتر از یک الکترود سیمی یا سلول مغزی هستند که می تواند به نورون های ثبت شده آسیب برساند و در نتایج تجربی تداخل ایجاد کند. اکنون، محققان آلمانی یک ساختار بهبود یافته بر اساس فیبرهای نوری فوق نازک ایجاد کرده اند که کمترین اختلال را در بافت مغز اطراف ایجاد می کند 

فیبرهای نوری به اندازه سلول

یک رویکرد رایج برای ترکیب دستکاری اپتوژنتیک و ضبط های الکتروفیزیولوژیکی استفاده از فیبر نوری با قطر بزرگ است که بافت ظریف اطراف الکترود را روشن می کند. با این حال، چنین الیاف حجیم نه تنها تعداد کانال‌های روی سر حیوان را محدود می‌کنند، بلکه می‌توانند بر کیفیت ضبط به دلیل تداخل فتوشیمیایی و الکترومغناطیسی، اثرات فتوولتائیک و آسیب‌های مکانیکی هنگام کاشت تأثیر منفی بگذارند.

نویسنده اول، دیوید اریکسون از آزمایشگاه اپتوفیزیولوژی در دانشگاه فرایبورگ آلمان گفت: «ضبط همزمان در مقیاس بزرگ و مداخلات اپتوژنتیک ممکن است کلید رمزگشایی گفتگوی سریع و چندوجهی بین نورون‌ها باشد که عملکرد مغز را حفظ می‌کند. "در حالی که الکترودها از تک سیم تا صدها کانال ضبط و کاهش سطح مقطع پیشرفت زیادی داشته اند، فیبرهای نوری از نظر اندازه و تعداد کانال های تحریک اصلاح نشده اند."

برای کاهش این مشکلات، اریکسون و همکارانش تصمیم گرفتند یک فیبر نوری ضخیم را با چندین فیبر نوری فوق نازک به اندازه سلول جایگزین کنند که الکترود را احاطه کرده است. در این فرآیند، آنها باید یک چارچوب نوری کاملاً جدید ایجاد می‌کردند - که آن را انتشار نور فیبر ذوب شده و ضبط خارج سلولی (FFLEXR) نامیدند - که همچنان امکان ضبط و تحریک را در یک حیوان آزادانه در حال حرکت می‌داد.

تحریک عصبی موفق

FFLEXR از الیاف بسیار نازک با قطر بیرونی و هسته به ترتیب 30 و 24 میکرون استفاده می کند که می توانند برای کاشت به هر پروب سیلیکونی متصل شوند. بر خلاف الیاف ضخیم سنتی با قطر هسته 200 میکرون، الیاف FFLEXR بسیار منعطف با شعاع خمشی بسیار کوچک‌تر هستند و به حیوانات اجازه می‌دهند بدون محدودیت حرکت کنند. راه اندازی آزمایشی همچنین شامل یک رابط فیبر ماتریس سبک وزن، یک کموتاتور نوری برای تحریک کارآمد چند کاناله و یک کابل پچ همه منظوره است.

ایلکا دیستر، نویسنده ارشد، همچنین از آزمایشگاه اپتوفیزیولوژی در دانشگاه فرایبورگ، گفت: «رویکرد جایگزین ما انعطاف‌پذیری برای اعمال هر طول موج دلخواه از طریق یک منبع نور قابل تعویض خارجی و فعال کردن تحریک اپتوژنتیک در اعماق مختلف بافت مغز را حفظ می‌کند.

محققان سیستم خود را با انجام همزمان دستکاری اپتوژنتیک، ضبط الکتروفیزیولوژیک و بازخوانی رفتاری در موش‌ها و موش‌های صحرایی که آزادانه حرکت می‌کنند، تأیید کردند. در هر دو مورد، حیوانات با چندین فیبر نوری بسیار نازک با حداقل تهاجم و همچنین پروب های آرام برای ضبط خارج سلولی با کیفیت بالا کاشته شدند. در نهایت، هدف آنها گسترش FFLEXR برای دستیابی به ضبط سطح کل مغز و تحریکات اپتوژنتیک است.

اریکسون می‌گوید: «استفاده آینده از این سیستم می‌تواند ثبت فعالیت عصبی از آن فیبرها باشد. این می‌تواند راهی برای مطالعه سیگنال‌های تعدیل‌کننده عصبی با تفکیک فضایی باشد، که به نوبه خود برای درک انواع مختلف بیماری‌ها حیاتی هستند.

ابزارهای اپتوژنتیک

ابزارهای اپتوژنتیک

ابزارهای اپتوژنتیک