Gewebeimplantat steuert Gehirnneuronen drahtlos

Wissenschaftler haben möglicherweise einen Weg gefunden, Neuronen im Gehirn zu kontrollieren.Forscher der University of Illinois und der Washington University School of Medicine haben ein minimal-invasives, ferngesteuertes „optofluidisches Gewebeimplantat“-Gerät entwickelt. Dieses futuristische Gerät, das in einer kürzlich in der Zeitschrift Cell veröffentlichten Studie beschrieben wurde , ermöglicht es Neurowissenschaftlern, die Neuronen von Gehirnzellen in Mäusen mit Medikamenten und Licht zu beeinflussen.Der leitende Autor der Studie, Dr. Michael R. Bruchas, erklärt: „(Das Gerät) eröffnet Wissenschaftlern eine Welt voller Möglichkeiten, um zu lernen, wie Gehirnschaltkreise in einer natürlicheren Umgebung funktionieren.“

Leistungsstarke Nano-Fertigungsstrategien werden verwendet, um das Implantat herzustellen, das ohne ernsthaften Schaden tief in das Gehirn eindringen kann. Das Gerät besteht aus weichen Materialien. Es ist 80 Mikrometer dick und 500 Mikrometer breit – ein Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares.

Die Studie testete das Potenzial des Medikamentenverabreichungssystems des Geräts, nachdem es durch einen chirurgischen Eingriff in das Gehirn von Mäusen eingesetzt wurde. Einige Experimente ließen Mäuse nach der Injektion eines morphinähnlichen Medikaments in die Motivations- und Suchtregion des Gehirns, die als ventrale tegmentale Region (VTA) bezeichnet wird, im Kreis laufen.

In einem anderen Experiment injizierten Forscher Viren mit dem Implantat, um Gehirnschaltkreise mit genetischen Farbstoffen genau zu kartieren. Bei einem anderen Experiment blieben Mäuse mit lichtempfindlichen VTA-Neuronen auf einer Seite des Käfigs, und die Wissenschaftler befahlen dem Implantat, Gehirnzellen mit Laserimpulsen zu bestrahlen.

Insgesamt testeten die Forscher 30 verschiedene Prototypen, bevor das Gerät positive Ergebnisse lieferte. Sie enthalten auch detaillierte Anweisungen für die Implantatherstellung in der Studie.

Bruchas und sein Forschungsteam untersuchen Schaltkreise im Gehirn, die Störungen wie Schmerzen, Stress, Sucht und Depressionen kontrollieren. Bei Studien zu Gehirnschaltkreisen liefern Wissenschaftler normalerweise Lichter mit Glasfaserkabeln oder injizieren Medikamente durch große Metallrohre. Diese Optionen können jedoch Hirnschäden verursachen und die natürlichen Bewegungen der untersuchten Tiere beeinträchtigen. Das neue optofluidische Implantat ist dünner als die Kanülen oder Metallröhrchen, die zur Injektion von Medikamenten verwendet werden. Forscher schlagen vor, dass das neue Implantat weniger Hirngewebeschäden verursachen könnte als die normalerweise verwendeten Geräte.

Die National Institutes of Health finanzierten teilweise das ferngesteuerte Gehirnneuronengerät.

Quellen für den heutigen Artikel:
„Futuristic brain probe ermöglicht die drahtlose Steuerung von Neuronen“, Website der National Institutes of Health, 16. Juli 2015; http://www.ninds.nih.gov/news_and_events/news_articles/pressrelease_futuristic_brain_probe_07162015.htm .
Jeong, JW, et al., „Wireless Optofluidic Systems for Programmable In Vivo Pharmacology and Optogenetics“, Cell , 16. Juli 2015, doi: 10.1016/j.cell.2015.06.058 .

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