Spreken met neuronen: nieuwe neurale elektroden met nanostructuur

Het kennen van de toestand van zoogdiercellen, in het bijzonder neurale cellen, hangt af van de vooruitgang in op nanotechnologie gebaseerde interfaces. Nanotechnologie biedt nieuwe technische mogelijkheden om de verbindingsroutes van het zenuwstelsel te ontrafelen door functies op nanoschaal toe te voegen voor een meer intieme interface met neuronen. In dit opzicht zijn niet-invasieve micro-elektroden met een verbeterd ontwerp en lage impedantie zeer gewenst. Tot dusver zijn flexibele elektroden voorgesteld, maar slechts enkele combineren flexibiliteit met zowel nanostructuur als een lage impedantie.

Een team van onderzoekers gecoördineerd door het instituut IMDEA Nanociencia heeft flexibele dunne metalen elektroden met nanotopografie ontworpen die een oplossing kunnen zijn. Het voorgestelde elektrode-oppervlak is nanogestructureerd door reeksen verticale metalen nanodraden om de prestaties te verbeteren door de impedantie te verminderen en individuele neuronen nauwer aan elkaar te koppelen ten opzichte van conventionele platte elektroden. Deze elektroden kunnen gemakkelijk worden geïntegreerd over het oppervlak van reeds bestaande neurale interfaces voor chronische implantatie, waardoor het risico op reacties van vreemde lichamen en langdurige gliale inkapseling wordt geminimaliseerd en aldus de levensduur van medische implantaten wordt verlengd.

De elektroden zouden toepassing kunnen vinden in technologieën voor neurodegeneratieve ziekten. De meeste neurale ziekten zijn chronisch of degeneratief en veroorzaken zeer belangrijke cognitieve en motorische handicaps. Elektroden met bepaalde kenmerken zijn nodig om het neurale systeem te bestuderen en ermee te interageren, bij het zoeken naar kennis en therapieën. Lucas Pérez, co-auteur van de publicatie en onderzoeker bij IMDEA Nanociencia zegt: “ Wat we hebben ontwikkeld is een nieuwe benadering om nanogestructureerde elektroden te fabriceren, gemakkelijk te fabriceren en te integreren, die alle verwachte eigenschappen van neurale elektroden combineren: flexibel, robuust, met lage impedantie en verminderde invasiviteit. ” María Concepción Serrano, co-auteur en onderzoeker bij ICMM-CSIC voegt hieraan toe: “ Met een ontworpen architectuur met afmetingen die dichter bij die van celcomponenten liggen, vertonen deze elektroden goede reacties van neurale cellen, inclusief de toepassing van elektrische stimulatie, waardoor de weg naar therapeutische toepassingen voor stimulatie en / of regeneratie van zenuwweefsel. “

Neurale ziekten zoals ruggenmergletsel zouden een duidelijk doelwit zijn voor de therapeutische toepassing van deze elektroden. “We hebben een beter begrip van ons neurale systeem nodig; we hebben tools nodig om te communiceren – om te spreken – met de neuronen en dit is wat we zoeken. Op korte termijn denken we dat we de prestaties van de elektroden die momenteel worden gebruikt in neurologie In de toekomst – laten we dromen – zouden we graag een bypass ontwikkelen voor ruggenmergletsel “, zegt Dr. Pérez. Verbetering van de efficiëntie en biocompatibiliteit van de elektroden zal het gebruik ervan voor de behandeling van neurale ziekten en voor de ontwikkeling van hersenmachine-interfaces vergemakkelijken en uitbreiden.