Wetenschappers ontwikkelen micro -elektrode -array voor het monitoren van neuronale activiteit tijdens de winterslaap

Een onderzoeksteam heeft een nanocomposiet-gemodificeerde micro-elektrode-array (MEA) ontwikkeld die tijdens de winterslaap langdurige monitoring van neuronale activiteit op lange termijn mogelijk maakt. Hun bevindingen waren onlangs gepubliceerd in ACS -sensoren.

De studie, geleid door Prof. Cai Xinxia van het Aerospace Information Research Institute of the Chinese Academy of Sciences, werpt licht op hoe specifieke hersencellen het leven ondersteunen onder extreem lage metabole staten.

Door MEA’s te wijzigen met platina -nanodeeltjes (PTNP’s) en Pruisisch blauw (PB), verbeterden de onderzoekers het vermogen van de elektroden om zwakke neurale signalen vast te leggen, terwijl de ontstekingen worden verminderd en de stabiliteit wordt verbeterd ten opzichte van uitgebreide monitoringperioden.

“Bestuderen hoe neuronen functioneren in bijna-slanke toestanden biedt kansen voor geneeskunde en ruimte-exploratie”, aldus prof. Cai. “Ons nanocomposiet-gemodificeerde micro-elektrode-ontwerp stelt ons in staat om neuronale signalen te detecteren die voorheen te zwak waren om betrouwbaar te vangen.”

De verbeterde elektroden bereikten een signaal-ruisverhouding van 15,53 ± 6,73-meer dan drie keer hoger dan die van traditionele maten-waardoor wetenschappers zelfs de flauwste lozingen van individuele neuronen konden registreren. In vitro stabiliteitstests toonden aan dat de elektroden maximaal drie maanden betrouwbare prestaties handhaafden, terwijl in vivo experimenten chronische neurale monitoring mogelijk maakten tijdens natuurlijke winterslaap aanvallen in Siberische chipmunks (Tamias Sibiricus).

Bovendien identificeerden de onderzoekers drie verschillende soorten neuronen, die elk unieke responspatronen vertoonden tijdens winterslaap. Met name bleven type 3 neuronen actief, zelfs onder extreem lage metabole omstandigheden, waardoor chipmunks een diepe winterslaap behouden zonder hersenschade. De onderzoekers zagen ook een sterke toename van de theta -frequentieband van lokale veldpotentialen tijdens opwinding, die het herstel van bewustzijn markeerden en dienden als een betrouwbare voorspeller van opwinding.

De introductie van Pb in het nanocomposiet verbeterde niet alleen de detectiegevoeligheid, maar verzacht ook de effecten van reactieve zuurstofspecies. Dit verminderde ontsteking en verbeterde opnamekwaliteit, waardoor betrouwbare langetermijnprestaties zorgden.

Om de neuronale signalen te valideren, gebruikte het team ionkanaal -eiwittechnieken en combineerde ze met transcriptoomanalyse, die veranderingen in de expressie van genen zoals ATP7A, KCNH8 en TMEM175 onthulde die gekoppeld zijn aan neuronale activiteit tijdens de winterslaap.

Deze studie biedt een nieuw hulpmiddel om te ontdekken hoe de hersenen zich in extreme toestanden beschermt, die therapieën kunnen inspireren voor neurologische ziekten waarbij het energiemetabolisme wordt verstoord, merkten de onderzoekers op.