Através do campo emergente da optogenética, uma tecnologia que permite que neurônios geneticamente modificados em tecidos vivos sejam precisamente controlados por meio de luz, os cientistas estão tentando obter uma melhor compreensão de como o cérebro funciona na esperança de descobrir curas para distúrbios neurais debilitantes, como transtorno de estresse pós-traumático (PTSD) e doença de Alzheimer.

Engenheiro do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), junto com pesquisadores da University of Michigan e da New York University (NYU), deram um grande passo para permitir o controle optogenético "multicolor" de diferentes tipos de neurônios. O time, incluindo Komal Kampasi do LLNL, desenvolveu um novo implante neural à base de silício que pode controlar a atividade elétrica das células cerebrais ao lançar luz multicolorida nos cérebros de camundongos acordados. Os resultados foram publicados em Nature Microsystems &Nanoengineering e apareceu na capa do jornal em junho.

O autor principal do artigo, Kampasi realizou seu trabalho como candidata ao doutorado da Universidade de Michigan. Ela disse que a tecnologia abre novos caminhos para interrogatório de circuito neural, que ajudará os cientistas a entender melhor a organização e a função de circuitos neurais complexos.

"Embora a maioria das pesquisas no campo da optogenética tenha se concentrado na manipulação de um tipo de neurônio por vez, fornecendo luz monocromática, nossa tecnologia oferece um multicolor, solução sem fibra para controlar duas ou mais populações neuronais espacialmente mescladas, "Kampasi explicou." Este é um grande passo à frente na optogenética porque os neurocientistas agora podem manipular diferentes tipos de neurônios em um nível de circuito local enquanto, simultaneamente, registram de alta qualidade, dados elétricos de baixo ruído dessas células. "

Kampasi, que chamou o dispositivo de "marco de engenharia, "acrescentou que o design de suas equipes elimina o uso de volumosos, fibras ópticas invasivas integrando micro lasers e guias de onda para fornecer luz multicolorida, tornando a plataforma muito mais compacta, escalável e menos invasivo, mantendo a óptica, características térmicas e elétricas do dispositivo necessárias para um implante neural.

O National Institutes of Health (NIH) financiou o estudo de três anos como parte da iniciativa BRAIN da Casa Branca - um esforço de colaboração público-privado para revolucionar a compreensão do cérebro humano. Ele se concentrava no desenvolvimento de neurotecnologias avançadas para estudar regiões cerebrais mais densas e profundas, como o hipocampo, a parte do cérebro responsável por criar e reter memórias. A equipe de Kampasi, liderado pelo professor da Universidade de Michigan, Euisik Yoon, desenvolveu o optoeletrodo neural multicolor, que foi implantado no cérebro de ratos pela equipe de neurocientistas de Gyorgy Buzsaki na NYU. A equipe de Buzsaki queria entender como as memórias são formadas e apagadas estudando a interação entre os diferentes tipos de células no hipocampo.

"Queríamos saber se poderíamos controlar com precisão a atividade de spiking de tipos de neurônios densamente misturados no hipocampo de camundongos; ficamos em êxtase ao ver que podemos, "Kampasi disse." Essa capacidade de manipular vários tipos de células, simultaneamente e independentemente, em um local de circuito específico é fundamental para a compreensão da interação entre os diferentes tipos de neurônios e constitui uma avenida importante no futuro da pesquisa em neurociência. "

Um dos objetivos atuais de Kampasi é aplicar a tecnologia ao exclusivo flexível do LLNL, sondas neurais de filme fino. Os arranjos de eletrodos do LLNL foram usados ​​em vários estudos recentemente para registrar e estimular a atividade cerebral e demonstraram vida útil longa. A integração de óptica flexível on-board em dispositivos LLNL irá melhorar significativamente as capacidades de matrizes de sondas neurais existentes e permitir novos estudos que antes não eram possíveis, pesquisadores disseram.

"Ao combinar esta capacidade de estimulação óptica de última geração com a tecnologia de sonda neural flexível de Livermore, que está mostrando estabilidade e vida útil excepcionais, estamos trabalhando para desenvolver um primeiro de seu tipo, arranjos optoeletrodos flexíveis baseados em polímero, "disse Shankar Sundaram, diretor do Centro de Bioengenharia do LLNL. "Esse, em conjunto com as gravações eletrofisiológicas de alta densidade, promete lançar uma nova luz sobre o funcionamento do cérebro. "