超柔性微電極陣列在大腦深部組織植入與光遺傳學精確集成的應用

瀏覽次數：594　發布日期：2023-6-14　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

超柔性微電極陣列(MEAs)可以在長期植入大量神經元后穩定地記錄神經元，為理解神經回路機制和開發下一代腦機接口提供機會。實現超柔性MEAs需要以微創的方式將其可靠地植入大腦深部組織，并與光遺傳學工具精確集成，以同時記錄神經活動和神經調節。

2023年5月29日，中國科學院國家納米科學中心方英團隊在Nature Protocols 在線發表題為“Self-assembled ultraflexible probes for long-term neural recordings and neuromodulation”的研究論文，該研究開發了一種用于長期神經記錄和神經調節的自組裝超柔性探針。

神經科學的一個中心目標是理解行為背后的協調神經活動。為了實現這一目標，必須同時記錄大量神經元在大范圍時間尺度(從幾毫秒到幾個月)內的活動。細胞外微電極是單細胞和單尖峰分辨率記錄神經元活動的最廣泛應用的工具。最近的進展，包括神經像素探針和互補金屬氧化物半導體集成微線陣列，大大增加了每個探針上微電極的數量和密度。然而，這些剛性探針和軟神經組織之間的機械不匹配會導致大腦中電極組織的微運動，從而導致信號在短時間和長時間尺度上漂移。此外，微運動已被證明會誘導植入探針周圍的瘢痕和神經元細胞死亡，限制了它們在基礎和轉化神經科學中的長期應用。與剛性微電極陣列相比，集成在微米厚聚合物基板上的超柔性微電極陣列(MEAs)可以大大減輕電極組織微運動和慢性組織反應。改進的超柔性MEAs與神經組織之間的接口已被證明能夠長期穩定地記錄神經元活動，從而為理解神經回路機制和開發下一代腦機接口開辟了新的機會。此外，為了確定神經回路活動與腦功能之間的因果關系，有必要選擇性地操縱特定類型細胞的活動。光遺傳學可以在高時間分辨率下允許細胞類型特異性激活或抑制神經活動。將超柔性MEAs與光遺傳學工具相結合，可以實現大腦神經活動的長期讀取和細胞類型特異性控制，從而構成神經回路分析的強大工具。

超柔性MEAs結構設計（圖源自Nature Protocols ）

該研究描述了制備彈性毛細管自組裝超柔性MEAs的過程，它們與攜帶視蛋白基因和啟動子的腺相關病毒載體結合使用，形成光極探針。它們在嚙齒動物大腦中的體內實驗應用，實現了長時間(數周至數月)的神經活動的電生理記錄和光學調制。設備制造、探頭組裝和植入在內的整個過程可以在3周內完成。該方案旨在促進超柔性MEAs在長期神經元活動記錄和電生理學和光遺傳學方面的應用。