用手机操控脑细胞!远程操控神经的高科技诞生

时间:2019-09-19 来源:www.chinaxinghong.com

我想在2天前分享新智慧

[新知源指南]第一个用于慢性脑药物传播和光遗传学的无线神经设备诞生了。该设备是先进的电子设计和微纳米工程的结晶。它将加速发现脑疾病,如帕金森病,阿尔茨海默病,成瘾,抑郁和头痛。

最近,在《自然生物医学工程》发表的一项研究中,由韩国高等科学技术研究院(KAIST)和华盛顿大学的神经科学家组成的研究小组发明了一个研究小组。新设备通过智能手机控制的微型脑植入物控制神经回路。

向大脑提供药物和光线

在现代生物学研究中,为了理解神经元的功能并帮助寻找神经疾病的药物,科学家们经常需要将特定药物和光直接传递给活体动物的大脑,并跟踪这些药物和光对生物体的后续影响。也就是说,通过药物来了解不同脑细胞在特定生理活动中的作用,行为认知,特定药物对大脑的影响以及光遗传学研究。光遗传学是一个新兴的生物技术领域,神经科学家可以将视蛋白基因注入其神经元,然后利用光来控制活体组织中的神经元。

向大脑输送药物和光的传统方法通常使用刚性金属管和纤维。因此,主体的大脑必须始终连接到设备线。除了限制受试者的活动之外,这种相对刚性的传统设备的方法可能随着时间的推移对大脑的软组织造成损害,因此不适合长期植入。

尽管科学家对传统的方法进行了一些改进,但使用软探针和无线平台的组合来改善设备以减轻生物体的不良组织反应,它仍然无法实现长期给药(传统设备)有2周的术后生活)。

因此,实现长期无线药物输送是科学家必须解决的关键挑战。

在最新的研究中,韩国高等科学技术研究所和华盛顿大学的科学家联合创建了第一个能够在大脑中长时间传播药物和光的独立无线神经装置。

该设备包括一个乐高式可更换墨盒,一个软超薄探头和一个由智能手机控制的蓝牙无线模块。

老鼠戴着最新的神经装置

与人类头发相同厚度的探针包含微流体通道和小LED(小于单一盐),其将试剂盒装配到小鼠的脑植入物中。

LEGO型可更换滤芯的装配示意图

研究人员将其称为“无线光流控脑探测器”。它可以将四种不同的药物和两种不同波长的光(蓝色和橙色)传递给活小鼠的深部脑组织。其中,神经装置是光学流化的,而药物输送是通过加热器的热驱动实现的。

使用无线光学流体脑探针的图像组装

由于替代药物包的存在,神经科学家不必担心药物耗尽。通过轻量化设计,他们可以连续研究大脑回路超过半年。

鼠标运动的远程无线控制

通过智能手机的界面控制,研究人员可以远程控制加热器并将LED灯的波长调整在10到100米的范围内,从而为大脑提供特定的光和药物组合。

“我们正在努力使无线脑控制尽可能简单。这种微型神经设备具有强大的蓝牙芯片,因此不需要任何特殊,繁琐和昂贵的设备,”电气教授Jae-Woong Jeong说。 KAIST的工程学。

手机界面截图

蓝牙无线设备的墙到墙控制

控制光和/或药物递送以对动物行为产生积极或消极的影响。

局限和前景

研究人员希望这一突破将加速神经科学,生物技术,制药和健康领域的创新。

“我相信,在不久的将来,神经科学实验室和制药公司可以利用我们的研究来缩短确定药物疗效的时间,并帮助确定长期使用药物的副作用。”该研究的主要作者,KAIST Raza Qazi女士说。

其中一位作者,华盛顿大学医学院的Michael Bruchas教授强调了该装置的临床潜力。 “它使我们能够更好地分析神经回路的行为基础以及特定神经调节因子在大脑中的作用,”布鲁查斯说。 “我们也渴望将该设备用于复杂的药理学研究,以帮助我们开发新的治疗方法。疼痛,成瘾和情绪障碍的方法。”

但是,该设备目前面临一些限制。例如,它不容易改变脑植入物的液体输送和输注速率,这在一定程度上限制了其应用。然而,研究人员说,他们可以多次向目标神经回路输送相同的液体,以补偿所需的剂量。

此外,尽管小鼠可以耐受这些头戴式设备,但在活跃的小鼠中,该装置可以从头部分离。这也限制了设备进入神经系统空间的关键位置的能力。此时,该装置与完全可植入装置不同,其整个系统可植入皮肤下。

研究小组将继续研究该装置,并希望最终将其应用于特定的临床研究。

本文被授权转载自全球科学的原始论文(ID:huanqiukexue):参考文献:

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[新知源指南]第一个用于慢性脑药物传播和光遗传学的无线神经设备诞生了。该设备是先进的电子设计和微纳米工程的结晶。它将加速发现脑疾病,如帕金森病,阿尔茨海默病,成瘾,抑郁和头痛。

最近,在《自然生物医学工程》发表的一项研究中,由韩国高等科学技术研究院(KAIST)和华盛顿大学的神经科学家组成的研究小组发明了一个研究小组。新设备通过智能手机控制的微型脑植入物控制神经回路。

向大脑提供药物和光线

在现代生物学研究中,为了理解神经元的功能并帮助寻找神经疾病的药物,科学家们经常需要将特定药物和光直接传递给活体动物的大脑,并跟踪这些药物和光对生物体的后续影响。也就是说,通过药物来了解不同脑细胞在特定生理活动中的作用,行为认知,特定药物对大脑的影响以及光遗传学研究。光遗传学是一个新兴的生物技术领域,神经科学家可以将视蛋白基因注入其神经元,然后利用光来控制活体组织中的神经元。

向大脑输送药物和光的传统方法通常使用刚性金属管和纤维。因此,主体的大脑必须始终连接到设备线。除了限制受试者的活动之外,这种相对刚性的传统设备的方法可能随着时间的推移对大脑的软组织造成损害,因此不适合长期植入。

尽管科学家对传统方法进行了一些改进,但使用软探针和无线平台的组合来改善装置,减少了生物体的不良组织反应,但仍然无法实现长期给药(传统装置有一个术后生活2周)。

因此,实现长期无线药物输送是科学家必须解决的关键挑战。

在最新的研究中,来自韩国高等科学技术研究所和华盛顿大学的科学家们联手创建了第一个可以长时间在大脑上运送药物和光线的独立无线设备。

神经装置由乐高式可更换套件,软超薄探头和由智能手机控制的蓝牙无线模块组成。

小鼠戴着最新的神经装置

与人类头发相当的厚度的探针包含微流体通道和小LED(小于单一盐),其将盒组装到小鼠的脑植入物中。

乐高型可更换套件组装示意图

研究人员将其称为“无线光流控脑探测器”。它能够将四种不同的药物和两种不同波长的光(蓝色和橙色)传输到活小鼠的深部脑组织。其中,神经装置是光学流动控制的;通过加热器的热驱动实现药物输送。

“无线光流控脑探头”装配图像

由于存在可更换的试剂盒,神经科学家不必担心药物耗尽。与轻量化设计一起,他们可以持续研究大脑回路超过半年。

远程无线控制鼠标移动

通过智能手机的界面控制,研究人员可以远程控制加热器并将LED灯的波长调整在10到100米的范围内,从而为大脑提供特定的光和药物组合。

“我们正在努力使无线脑控制尽可能简单。这种微型神经设备具有强大的蓝牙芯片,因此不需要任何特殊,繁琐和昂贵的设备,”电气教授Jae-Woong Jeong说。 KAIST的工程学。

手机界面截图

蓝牙无线设备的墙到墙控制

控制光和/或药物递送以对动物行为产生积极或消极的影响。

局限和前景

研究人员希望这一突破将加速神经科学,生物技术,制药和健康领域的创新。

“我相信,在不久的将来,神经科学实验室和制药公司可以利用我们的研究来缩短确定药物疗效的时间,并帮助确定长期使用药物的副作用。”该研究的主要作者,KAIST Raza Qazi女士说。

其中一位作者,华盛顿大学医学院的Michael Bruchas教授强调了该装置的临床潜力。 “它使我们能够更好地分析神经回路的行为基础以及特定神经调节因子在大脑中的作用,”布鲁查斯说。 “我们也渴望将该设备用于复杂的药理学研究,以帮助我们开发新的治疗方法。疼痛,成瘾和情绪障碍的方法。”

但是,该设备目前面临一些限制。例如,它不容易改变脑植入物的液体输送和输注速率,这在一定程度上限制了其应用。然而,研究人员说,他们可以多次向目标神经回路输送相同的液体,以补偿所需的剂量。

此外,尽管小鼠可以耐受这些头戴式设备,但在活跃的小鼠中,该装置可以从头部分离。这也限制了设备进入神经系统空间的关键位置的能力。此时,该装置与完全可植入装置不同,其整个系统可植入皮肤下。

研究小组将继续研究该装置,并希望最终将其应用于特定的临床研究。

本文被授权转载自全球科学的原始论文(ID:huanqiukexue):参考文献:

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