'Nöron okuma' nanotelleri nörolojik hastalıklara yönelik ilaçların gelişimini hızlandırabilir

Kaliforniya San Diego Üniversitesi'ndeki mühendislerin liderliğindeki bir ekip, nöronların elektriksel aktivitesini ince detaylarla kaydedebilen nanotelleri geliştirdi. Yeni nanotel teknolojisi, bir gün nörolojik hastalıklara yönelik ilaçların taranması için bir platform görevi görebilir ve araştırmacıların, tek hücrelerin büyük nöronal ağlarda nasıl iletişim kurduklarını daha iyi anlayabilmelerini sağlayabilir.

UC San Diego Jacobs Mühendislik Fakültesi'ndeki elektrik mühendisliği profesörü Shadi Dayeh ve ekibin baş araştırmacısı, "Beynin işleyiş biçimini derinlemesine incelememizi sağlayacak araçlar geliştiriyoruz" dedi.

Sanford Burnham Medical'in Conrad Prebys Kimyasal Genom Merkezi'ndeki hücre biyolojisi direktörü Anne Bang, "Bu nanotel teknolojisinin kök hücre kaynaklı beyin modellerinde nörolojik hastalıklar için en etkili ilaçları tanımlamak için kullanılabileceğini düşünüyoruz" Araştırma Enstitüsü.

Proje, Dayeh ve Bang laboratuarları, UC San Diego'daki nevrobiyologlar ve Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi ve Sandia Ulusal Laboratuarlarındaki araştırmacılar arasındaki ortak bir çabaydı. Araştırmacılar, 10 Nisan'daki çalışmalarını Nano Letters'da yayınladılar .

Araştırmacılar, iyon kanalı akımlarını ve hücrenin içindeki ve dışındaki iyon konsantrasyonundaki farklılığa bağlı olarak hücre içi potansiyelindeki değişimleri ölçerek, bir nöronun sağlığı, aktivitesi ve uyuşturucuyla ilgili ayrıntıları ortaya çıkarabilir. Son teknoloji ürünü ölçüm tekniği, küçük potansiyel değişikliklere duyarlıdır ve yüksek sinyal-gürültü oranlarına sahip okumalar sağlar. Bununla birlikte, bu yöntem yıkıcıdır - hücre zarı kopar ve sonunda hücreyi öldürür. Aynı zamanda sadece bir hücrenin analiz edilmesi ile de sınırlıdır, bu da vücutta doğal olarak nasıl düzenlendiği gibi büyük nöron ağlarını incelemek için pratik olmaz.

Dayeh, "Mevcut yüksek hassaslık ölçüm teknikleri, in vitro kültürlenmiş 2B ve 3B doku benzeri yapılara ölçeklenebilir değildir" dedi. "Nöronal hücresel ağlardaki hızlı ve dakik potansiyel değişiklikleri ölçebilen bir nanoküre teknolojisinin geliştirilmesi, merkezi ve periferik sinir sistemi hastalıkları için ilaç geliştirmeyi hızlandırabilir."

Dayeh'in laboratuarında geliştirilen nanotel teknolojisi, tahribatsız ve çoklu nöronlardaki potansiyel değişiklikleri aynı anda ölçebilir - mevcut teknolojide elde edilen yüksek hassasiyet ve çözünürlük.

Cihaz, silika ile kaplanmış nikel elektrod kablolarıyla desenli küçük bir yonga üzerinde yoğun bir şekilde paketlenmiş bir dizi silikon nanowire'den oluşur. Nanoteller hücrelere hasar vermeden hücrelere poke verirler ve büyüklükte bir veya birkaç milivolt olan küçük potansiyel değişiklikleri ölçmek için yeterince hassasdırlar. Araştırmacılar nanotelleri, farelerden izole edilmiş ve insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden türetilen nöronların elektriksel aktivitesini kaydetmek için kullandılar. Bu nöronlar , in vitro olarak nanotel dizisine bağlanırken hayatta kaldı ve en az altı hafta boyunca çalışmaya devam etti .

Bu teknolojinin bir başka yenilikçi özelliği, her bir ayrı nanotelin ölçtüğü elektrik sinyalini izole edebilmesidir. Dayeh, "Birden fazla telin birbirine elektriksel olarak kısa devre edindiği ve sinyali her telden ayıramayacağınız mevcut nanotel teknolojilerinde alışılmadık bir durum" dedi.

Bu engelin üstesinden gelmek için araştırmacılar, silikon nanotellerin nikel elektrotlarına kaynaştırılması için yeni bir wafer bağlama yöntemi geliştirdiler. Onların yaklaşımı, iki katıyı (silisyum ve bir başka metal) birbirine eritmeden birbirine bağlayan bir reaksiyon olan silisidasyon denilen bir işlemi içermektedir. Bu işlem, nikel elektrotlarının sıvılaştırılmasını, yayılmasını ve bitişik elektrod kablolarını kısa devre etmesini önler.

Silisidasyon genellikle transistörlerle temas kurmak için kullanılır, ancak desenli gofret yapıştırması için bu ilk defa kullanılmaktadır, dedi Dayeh. "Ve bu işlem yarıiletken cihaz imalatında kullanıldığından, bu nanotellerin versiyonlarını CMOS elektronikleriyle bütünleştirebiliriz." Dayeh'in laboratuarı, bu teknoloji için birkaç beklemede patent başvurusu yapıyor.

Dayeh, teknolojinin beyin-on-chip ilaç taraması için daha fazla optimizasyona ihtiyacı olduğunu belirtti. Onun takımı kalp hastalıkları için ve kalp-on-chip ilaç tarama teknoloji uygulamasını genişletmek için çalışıyor vivo içinde birkaç yıl uzakta nedeniyle araştırmacılar aşmak için gereken önemli teknolojik ve biyolojik sorunlara hala beyin haritalama,. "Nihai hedefimiz, bu teknolojiyi beynin içine yerleştirebilecek bir cihaza çevirmektir."

Öykü Kaynak:

Kaliforniya Üniversitesi - San Diego