Laser hilft Maßnahme Hirnaktivität

(ISNS)--Europäische Forscher haben ein neues Tool für Studium Nervenzellen im Gehirn entwickelt. Die implantierte Tool kann gleichzeitig Flüssigkeit in einzelnen Zellen injizieren, werfen Licht auf sie und ihre elektrischen Aktivität aufzeichnen.

Die Forscher zeigten den Wert des Gerätes, genannt eine Optrode in Experimenten an Mäusen. Laser-Impulse konnten sie Einfluss auf die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn die Nagetiere kontrolliert.

"Proof of Concept hat erreicht worden", sagte Thomas Stieglitz, der das Labor für biomedizinische Mikrotechnik an der Universität Freiburg in Deutschland.

Stieglitz Team ist eine von mehreren Beteiligten in das neue Gebiet der Optogenetik. Es beinhaltet das Einfügen von Genen aus bestimmten Arten von Algen in andere Organismen, wie Mäuse, die Zellen diese Organismen reagieren auf Licht zu machen. Wissenschaftler können durch glänzende Hülsenfrüchte in verschiedenen Farben von Laserlicht auf sie elektrische Aktivität der Zellen in einer kontrollierten Weise beeinflussen.

Das Team berichtet, dass seine Implantat war das erste mehrfach verwendbare Gerät zum Aufzeichnen der Aktivität von einzelnen Gehirnzellen auf dem es Licht übertragen hatte.

Das Team verwendet eine Technik namens Transfektion genetisches Material von einem Organismus in ein anderes einfügen. Die Optrode überwacht die transfizierten Zellen für elektrische Aktivität sowie einen Kanal für das Licht des Lasers.

Diese neue Technologie "hat das Potential, dem Gebiet der Neurowissenschaften und Neuroprothetik revolutionieren," berichteten die Forscher Anfang dieses Jahres in der Fachzeitschrift Labor auf einem Chip.

"Optogenetik die Wissenschaft von der Erforschung des Verhaltens von Nervenzellen und Grundlagenforschung zu neuronale Netzen besser zu verstehen und Gehirn Verhalten, erleichtert", sagte Stieglitz. "Wissenschaftler optogenetische Experimente können um Gehirn Verhalten und Funktion – bei Angststörungen, zum Beispiel zu studieren."

Wissenschaftler und Ingenieure aus Freiburg und Friedrich Miescher Institut für biomedizinische Forschung in Basel, Schweiz, zusammengearbeitet, um das Gerät zu erstellen.

"Wissenschaftler benötigen Kenntnisse der Gentechnik Design"Shuttles"– die sogenannte Vektoren – zur Nervenzelle Transfektion. Dies ist die Aufgabe des Biologen,"sagte Stieglitz. "Darüber hinaus sind Ingenieure manchmal gebeten, Werkzeuge, um optisch die transfizierten Zellen stimulieren und elektrische Nerven-Aktivität aufzeichnen zu entwickeln. Die Herausforderung ist die Optrodes, die elektrische kombinieren und optische Aktivität zu entwickeln."

Verständnis von Angst, Depression und Motivation verbessert sich ein weites Feld, wo das Gerät verwendet werden kann. Stieglitz Gruppe zielt darauf ab, die durch die Anwendung der Technologie auf Netzwerke von Zellen im Hippocampus, der Teil des Gehirns verantwortlich für Speicher und Kerne, die als graue Substanz auftauchen zu tun. Sie werden in Versuchstieren forschen.

"Wir werden transfizieren Zellen, die bei diesen Erkrankungen zu Fehlfunktionen kommen, und führen Untersuchungen durch, um die Zelle Verhalten modulieren durch optische Stimulation, die grundlegenden Mechanismen verstehen", sagte Stieglitz.

Das Gerät, im Gegensatz zu aktuellen Tools in Optogenetik, vereint alle erforderlichen Komponenten in einem einzigen, in sich geschlossenes Gerät. Dies bedeutet, dass nur eine einzelne Operation notwendig ist, um die Sonde in ein Versuchstier, im Gegensatz zu manchen Geräten optogenetische Implantat erfordern mehrere Operationen.

Das Material, das das Team zur Erstellung die Sonde verleiht weitere Vorteile.

"Es ist aus Polymeren nur plus ein bisschen Dünnschicht-Metall gemacht", sagte Stieglitz. "Polymere sind in der Regel flexibler als Silizium und können folgen den Bewegungen des Gehirns besser aufgrund dieser Flexibilität."

Frühere Studien hatten die Sicherheit von Polymeren für den Einsatz in Implantation im Nervensystem etabliert.

David Lyon, Assistant Professor für Anatomie und Neurologie an der University of California, Irvine School of Medicine, wies darauf hin, ein weiterer Fortschritt erreicht, indem das Gerät. "Ein Novum der Mechanismus für die Bereitstellung von Flüssigkeiten durch die chronisch implantierten Optrode ist", sagte Lyon.

"Die fluidische Kanal ermöglicht präzise Einspritzung der Vektor-tragenden Flüssigkeit,", sagte Stieglitz.

Das Gerät hat auch den Vorteil der winzigen Größe. Seine Spitze ist nur ein Viertel Millimeter breit und ein Zehntel Millimeter dick.

Lyon, das Starten einer optogenetische Forschungsgruppe wies jedoch darauf hin, ein Nachteil der neuen Optrode: semi-permanent implantiert werden, um am effektivsten zu sein muss.

"Sie wollen kein Implantat im Gehirn für einige Wochen", sagte Lyon.

Das Risiko ist, dass das Implantat Aktivität des Gehirns durch ihre Präsenz über einen bestimmten Zeitraum hinweg beeinflussen kann.

Eines der Freiberg-Basel Teamziele für eine zweite Version seiner Optrode ist eine Injektion-Kanal, die im Laufe der Zeit löst sich. Das würde die Sonde Größe deutlich verringern.

"Wir planen auch, bessere Integration von Steckverbindern, Licht, elektrische Stecker und Flüssigkeiten zu überlegenen Fahreigenschaften und damit für den Einsatz in wirklich frei beweglichen Tieren, haben", sagte Stieglitz.

Eine ehemalige Wissenschaftsredakteur der Newsweek, Peter Gwynne ist ein freier Wissenschaftsjournalist mit Sitz in Sandwich, Massachusetts.

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics.