Настраиваемый метод нейронной стимуляции для обеспечения фототермической нейромодуляционной терапии

Исследовательская группа из KAIST разработала высоко персонализируемую технику нейронной стимуляции. Исследователи разработали технологию, которая может быть использована для печати тепловой картины на микронной шкале, чтобы позволить дистанционное управление биологическими действиями.

Профессор Нам и д-р Канг, справа. (Image credit: KAIST)

Команда объединила технологию точной струйной печати с биофункциональными термоплазмоническими наночастицами для создания «селективного нано-фототермического метода нейронной стимуляции».

Команда профессора Yoonkey Nam из отдела биологии и мозговой инженерии предвидит, что это будет функционировать как благоприятная технология для персонализированной точной нейромодуляционной терапии для пациентов, страдающих неврологическими расстройствами.

В рамках технологии нано-фототермической нейронной стимуляции термоплазмонический эффект наночастиц металла используется для контроля активности нейронных сетей. Используя термоплазмонический эффект, металлические наночастицы могут поглощать определенную длину волны освещенного света, чтобы эффективно производить локализованное тепло. Четыре года назад исследователи обнаружили тормозящую природу спонтанной активности нейронов после фототермической стимуляции. С тех пор они разработали эту технологию для модуляции гиперактивного поведения нейронных цепей и нейронов, что обычно имеет место при неврологических расстройствах, таких как эпилепсия.

Чтобы преодолеть ограничение на разрешение и пространственную селективность уже разработанной нано-фототермической техники, исследователи использовали технологию струйной печати для микроплана плазмонических наночастиц (несколько десятков микрон) и успешно показали, что нано- фототермическая стимуляция может быть выборочно использована на основе печатных рисунков.

Команда использовала многослойную технологию полиэлектролита для печати субстратов таким образом, чтобы повысить точность фигуры и обеспечить равномерную сборку наночастиц. Электростатическое притяжение между покрытой печатной подложкой и печатными наночастицами также улучшало стабильность прикрепленных наночастиц. Поскольку полиэлектролитное покрытие является биосовместимым, биологические эксперименты, включая клеточную культуру, могут быть проведены с использованием техники, разработанной в этом исследовании.

Исследователи использовали печатные золотые нанопорошковые частицы с разрешением в несколько десятков микрон на площади в несколько сантиметров и продемонстрировали, что очень сложные образцы тепла могут быть точно сформированы посредством световой подсветки на основе печатного изображения.

Наконец, исследователи установили, что печатные образцы тепла имеют возможность выборочно и оперативно препятствовать деятельности культивируемых нейронов гиппокампа при ближнем инфракрасном освещении. Поскольку процесс печати можно наносить на гибкие и тонкие подложки, этот метод может быть легко использован для имплантируемых устройств для лечения неврологических расстройств и носимых устройств. Селективное применение тепловых образцов только для желаемых ячеек позволяет обеспечить индивидуальную и индивидуальную фототермическую терапию нейромодуляцией для пациентов.

Тот факт, что любые желаемые образцы тепла могут быть просто «напечатаны», в любом случае расширяет применимость этой технологии во многих областях техники. В области биоинженерии его можно применять к нейронным интерфейсам с использованием света и тепла для модуляции физиологических функций. Например, в качестве новой концепции анти-контрафактных приложений можно использовать другое инженерное приложение, например печатные образцы тепла.

Yoonkey Nam от KAIST, главный следователь

Это исследование, главным образом возглавляемое доктором Хунки Кангом, было опубликовано в журнале ACS Nano от 5 февраля 2018 года.

Source link