Группа исследователей во главе с Чарльзом Либером (Charles Lieber) из Гарвардского университета разработала новый неинвазивный зонд, позволяющий отслеживать активность нервной системы живого существа и при этом не оказывать негативное влияние на исследуемые ткани. Соответствующая публикация вышла в журнале Nature Nanotechnology, с ее содержанием кратко знакомит сайт Гарвардского университета.
Вводимая в организм часть зонда представляет собой сетку из проводящих бионейтральных полимеров. Их изготавливают химическим травлением в водном электролите. Для этого материал будущей сетки изготовителем размещается в многослойном полимерном сэндвиче, на который потом наносится маска. Обрабатывая внешний слой полимерного сэндвича кислотой, этот слой удаляют, оставляя саму сеточную структуру. Толщина ее волокон чуть менее одного микрометра, при этом общая ширина структуры может достигать сантиметров. Чтобы ввести ее в организм, сеть сворачивают и вводят в стеклянную иглу для шприца диаметром в 100 микрометров, отличающуюся от обычной металлической большей гладкостью и меньшей травматичностью для тканей организма. Когда шприц под давлением вводит сетку в целевой орган или ткань, сетка благодаря своей эластичности разворачивается, и за счет своих небольших размеров (ячейки субклеточных масштабов) легко прикрепляется к нужным клеткам.
Поскольку полимер, из которого она состоит, является проводником, закрепившуюся на живых клетках ткани сетку можно использовать для мониторинга их состояния, например, считывая в реальном времени импульсы, получаемые и передаваемые отдельными нейронами или клетками сердечной мышцы. В ходе эксперимента исследователи ввели такие сетки в два различных региона мозга анестезированных мышей и соединили их с внешними считывающими устройствами с помощью гибких наноразмерных проводов. Таким образом ученые не только смогли измерить электрические импульсы нейронов, но и провели их слабую электростимуляцию извне.
Ранее многие исследователи, включая группу Либера, уже создавали структуры, называемые «лесами» и предназначенные для корректного выращивания культур клеток тех или иных тканей in vitro. В предыдущей работе, в очередной раз создавая такие «леса», Либер обратил внимания на то, что сетчатая микроструктура является необычайно гибкой, намного превосходя по этому показателю материалы зондов, сегодня используемых для исследования внутренних тканей и органов in vivo. Это и натолкнуло его на идею впрыскивать такие проводящие структуры через шприц. Гарвардский университет начал процедуру патентования разработки.
На данный момент все электроды, используемые учеными и врачами для введения в нервную ткань, являются жесткими, зачастую – металлическими, а их толщина, как правило, превосходит микрометр. При длительном пребывании в интересующей исследователей зоне, ткань начинает реагировать на соседство с негибким электродом, инициируя воспалительный процесс, который потенциально может блокировать работу подобных зондов. Электроды приходится выводить и вводить в новой точке, что не позволяет вести систематические наблюдения в заранее заданной области.
