Registrare l’attività di grandi popolazioni di singoli neuroni nel cervello per lunghi periodi di tempo è fondamentale per far progredire la nostra comprensione dei circuiti neurali, per consentire nuove terapie basate su dispositivi medici e, in futuro, per le interfacce cervello-computer che richiedono elevate prestazioni. risoluzione. Informazioni elettriche.
Ma oggi esiste un compromesso tra la quantità di informazioni ad alta risoluzione che un dispositivo impiantato può misurare e la durata della registrazione o della stimolazione. Le protesi in silicone solido con molti sensori possono raccogliere molte informazioni ma non possono rimanere nel corpo per molto tempo. I dispositivi flessibili più piccoli sono meno invasivi e possono durare più a lungo nel cervello, ma forniscono solo una piccola parte delle informazioni neurali disponibili.
Recentemente, un team interdisciplinare di ricercatori della Harvard John Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), in collaborazione con l’Università del Texas ad Austin, il MIT e Axoft, ha sviluppato un dispositivo morbido impiantabile contenente decine di sensori. Può registrare stabilmente l'attività dei singoli neuroni nel cervello per mesi.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Nanotechnology.
“Abbiamo sviluppato interfacce cervello-elettronica con risoluzione di singola cellula che sono più biocompatibili rispetto ai materiali convenzionali”, ha affermato Paul Le Floche, primo autore dell'articolo ed ex studente laureato nel laboratorio di Jia Liu, assistente professore di bioingegneria presso l'Università di Washington. Scuola di Scienze Applicate e Politiche. . “Questo lavoro ha il potenziale per rivoluzionare la progettazione della bioelettronica per la registrazione, la stimolazione neurale e le interfacce cervello-computer”.
Le Floch è attualmente l'amministratore delegato di Axoft, Inc, una società fondata nel 2021 da Le Floch, Liu e Tianyang Ye, ex studente laureato e ricercatore post-dottorato presso Gruppo del parco Ad Harvard. L'Ufficio per lo sviluppo tecnologico dell'Università di Harvard ha protetto la proprietà intellettuale associata a questa ricerca e ha concesso in licenza la tecnologia ad Axoft per un ulteriore sviluppo.
Per superare il compromesso tra velocità dati ad alta risoluzione e longevità, i ricercatori si sono rivolti a un gruppo di materiali noti come fluoroplastici. I materiali fluorurati, come il Teflon, sono flessibili e stabili nei fluidi biologici, hanno eccellenti prestazioni dielettriche a lungo termine e sono compatibili con le tecniche di microfabbricazione standard.
I ricercatori hanno combinato questi elastomeri dielettrici fluorurati con pile di microelettrodi morbidi – 64 sensori in totale – per sviluppare una sonda di lunga durata che è 10.000 volte più morbida delle tradizionali sonde flessibili realizzate con tecnopolimeri, come poliimmide o parylene-C.
Il team ha dimostrato il dispositivo in vivo, registrando informazioni neurali dal cervello e dal midollo spinale dei topi nel corso di diversi mesi.
“La nostra ricerca evidenzia che ingegnerizzando attentamente vari parametri, è possibile progettare nuovi materiali elastomerici per interfacce neurali stabili a lungo termine”, ha affermato Liu, autore corrispondente di questo articolo. “Questo studio potrebbe espandere le possibilità di progettazione delle interfacce neurali”.
Il gruppo di ricerca interdisciplinare comprendeva anche i professori SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinski e Zhigang Su.
“La progettazione di nuovi sensori e interfacce neurali è un problema altamente multidisciplinare che richiede competenze in biologia, ingegneria elettrica, scienza dei materiali e ingegneria meccanica e chimica”, ha affermato Le Floc.
L'articolo è stato scritto in collaborazione con Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Chen, Ziliang Wang, Junsu Kim, Hao Sheng, Sebastian Bartariu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsoo Park, Xian Gong e Andrea. Spencer, Jongha Li, Tianyang Yi, Shen Tang, Xiao Wang e Nanzhou Lu.
Il lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation attraverso la sovvenzione n. DMR-2011754 del Centro di ricerca sui materiali e ingegneria dell’Università di Harvard.
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