В поисках новых методов лечения неврологических расстройств группа ученых из Швейцарии разработала беспроводной оптогенетический имплант, который впервые позволил управлять нейронной активностью спинного мозга у мышей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
«Наша технология позволяет контролировать активность любого нейрона спинного мозга. Это помогает нам понять роль спинного мозга в функционировании всей нервной системы», — говорит Грегуар Куртин, директор исследовательского центра NeuroRestore, один из авторов исследования. Нейробиолог называет технологию революционной, подчеркивая перспективы развития оптогенетики.
Чаще всего оптогенетические методы применяются для управления нейронами головного мозга, иногда – для работы с черепно-мозговыми нервами или клетками сетчатки. Со спинным мозгом все обстоит сложнее.
«Спинной мозг необходим для контроля движений и многих основных физиологических функций. Поэтому выяснение роли нейронов и проводящих путей, встроенных в спинной мозг, является важной задачей в фундаментальной и клинической неврологии. По сравнению с головным мозгом, спинной мозг сочетает в себе ряд уникальных задач, которые требуют новых технологий доставки света. Во время естественного поведения спинной мозг подвергается обширным смещениям, которые несовместимы с проникающими оптическими волокнами», — пишут авторы.
В новой работе авторы предложили новый метод доставки света к модифицированным нейронам спинного мозга при помощи комбинации четырех технологий: тонкопленочной микротехнологии, гибкой электроники, микросветодиодов (microLED), плюс силикон, подобный по свойствам мозговой оболочке (dura-like silicone)
«Мы сумели заключить миниатюрные светодиоды в гибкий имплант, он тонкий, но при этом прочный. Имплант крепится к спинному мозгу мыши вдоль поясничного отдела позвоночника. Совместно с коллегами из Щвейцарской высшей технологической школы Цюриха мы разработали беспроводную электрическую схему для настраиваемого включения светодиодов. Встроенный чип естественным образом управляет мышечкной активностью импульсами света в ответ на раздражение», — подчеркивает Стефани Лакур, под чьим руководством ученые и создали совершенно новые оптогенетические импланты.
Система управляется через Bluetooth и работает автономно. Ученые получили возможность наблюдать за мышами, чья активность не была стеснена проводами, предварительно проверив, не изменили ли импланты естественных движений.
Когда стало понятно, что мыши движутся естественно, авторы получили возможность изучать работу отдельных нейронов спинного мозга во время совершения таких сложных действий, как плавание и ходьба.
Текст: Алексей Паевский
Kathe, C., Michoud, F., Schönle, P. et al. Wireless closed-loop optogenetics across the entire dorsoventral spinal cord in mice. Nat Biotechnol (2021). https://doi.org/10.1038/s41587-021-01019-x