Los electrodos se utilizan para captar señales eléctricas. Sin embargo, las neuronas son pequeñas unidades del sistema nervioso y es difícil crear un electrodo lo suficientemente pequeño como para registrar todo el funcionamiento de las neuronas.By. Los investigadores de la Universidad de Harvard han superado este obstáculo creando un chip electrónico que podría implantarse dentro de estas redes y, por lo tanto, podría realizar grabaciones intracelulares altamente sensibles de las neuronas individualmente. Esto podría ser una bendición para la investigación neuronal, cree el equipo, ya que podría ayudar a proporcionar un conocimiento profundo de las conexiones neuronales y el funcionamiento sináptico, según revela este artículo revisado por la Dra. Ananya Mandal, MD, y publicado originalmente por el sitio web especializado en información médica news-medical.net. – Imagen: Foto captura de pantalla.
El equipo escribió: «Las técnicas electrofisiológicas u ópticas actuales no pueden realizar de manera confiable grabaciones intracelulares simultáneas de más de unas pocas decenas de neuronas». Los resultados del estudio con el chip recientemente desarrollado se publicaron en el último número de Nature Biomedical Engineering . El estudio se titula «Una matriz de nanoelectrodos para obtener grabaciones intracelulares de miles de neuronas conectadas».
Hongkun Park, Mark Hyman Jr. Profesor de Química y Profesor de Física, y uno de los autores principales del estudio explicaron: “Nuestra combinación de sensibilidad y paralelismo puede beneficiar a la neurobiología fundamental y aplicada por igual, incluida la construcción funcional de conectomas y el alto rendimiento cribado electrofisiológico «. Donhee Ham, Gordon McKay Profesor de Física Aplicada e Ingeniería Eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John SE Paulson (SEAS), otro autor principal agregó:» El mapeo de la red sináptica biológica habilitada por esta larga búsqueda -después de la paralelización de la grabación intracelular también puede proporcionar una nueva estrategia para la inteligencia artificial para construir una red neuronal artificial y procesadores neuromórficos de próxima generación ”.
Hongkun Park, Mark Hyman Jr. Profesor de Química y Profesor de Física, y uno de los autores principales del estudio explicaron: “Nuestra combinación de sensibilidad y paralelismo puede beneficiar a la neurobiología fundamental y aplicada por igual, incluida la construcción funcional de conectomas y el alto rendimiento cribado electrofisiológico «. Donhee Ham, Gordon McKay Profesor de Física Aplicada e Ingeniería Eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John SE Paulson (SEAS), otro autor principal agregó:» El mapeo de la red sináptica biológica habilitada por esta larga búsqueda -después de la paralelización de la grabación intracelular también puede proporcionar una nueva estrategia para la inteligencia artificial para construir una red neuronal artificial y procesadores neuromórficos de próxima generación ”.
El equipo explicó que este chip es muy similar a los microprocesadores utilizados en las computadoras y que contiene electrodos de escala nanométrica vertical que están dispuestos en un grupo denso. Estos se operan utilizando un circuito integrado de alta precisión. Cada uno de los nanoelectrodos está recubierto con polvo de platino que hace que sus superficies sean rugosas y esto les permite transmitir las señales. Escribieron: «La matriz consta de 4.096 electrodos de platino negro con rugosidad a nanoescala fabricados en la parte superior de un chip de silicio que integra monolíticamente 4.096 amplificadores de microescala, configurables en modo de abrazadera de pseudocorriente (para inyección de corriente concurrente y registro de voltaje) o en abrazadera de pseudovoltaje modo (para aplicación de voltaje concurrente y grabación de corriente) «.
Para probar las neuronas, el equipo cultivó las neuronas en el chip. Luego, el circuito se programa para enviar una señal a través de los nanoelectrodos a las neuronas. Esto abre agujeros microscópicos en la superficie neuronal, explicaron. Esto abre el acceso dentro de las neuronas, agregaron. Estos agujeros permiten que los nanoelectrodos detecten las señales de voltaje que viajan medicadas por las neuronas. Jeffrey Abbott, becario postdoctoral en el Departamento de Química y Biología Química y SEAS, y el primer autor, en un comunicado dijo: «De esta manera combinamos la alta sensibilidad de la grabación intracelular y el paralelismo del chip electrónico moderno».
Para este estudio, el equipo analizó más de 1,700 neuronas de ratas y más de veinte minutos de registro neuronal, encontraron más de 300 conexiones sinápticas y encontraron la interacción de las neuronas en la red. Abbott explicó: “También utilizamos este chip de alto rendimiento y alta precisión para medir los efectos de los medicamentos en las conexiones sinápticas a través de la red neuronal de ratas, y ahora estamos desarrollando un sistema a escala de obleas para el cribado de fármacos de alto rendimiento para trastornos neurológicos como la esquizofrenia, la enfermedad de Parkinson, el autismo, la enfermedad de Alzheimer y la adicción «. Los autores escribieron en conclusión:» Esta tecnología de registro intracelular de alto rendimiento podría beneficiar el mapeo funcional del conectoma, el cribado electrofisiológico y otros interrogatorios funcionales de redes neuronales «.
En el equipo con los wuthors anteriores estaban Tianyang Ye, Keith Krenek, Rona S. Gertner, Steven Ban, Youbin Kim, Ling Qin y Wenxuan Wu. Este estudio fue financiado y respaldado por el Instituto de Tecnología Avanzada de Samsung, la Fundación Catalyst, la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Gordon y Betty Moore.
Estudio relacionado
Hace un par de años, los investigadores dirigidos por David Jackel publicaron un estudio relacionado llamado «Combinación de matriz de microelectrodos de alta densidad y grabaciones de pinzas de parche para permitir estudios de integración multisináptica», publicado en la revista Scientific Reports .
El equipo escribió que podían registrar la actividad eléctrica de las neuronas de decenas en una matriz que incluye neuronas presinápticas. El equipo utilizó mapeo paralelo para observar las sinapsis. Utilizaron 11000 electrodos para su experimento de grabación y estimulación extracelular y también utilizaron la grabación intracelular con pinza de sujeción. Con su configuración, el equipo había identificado con éxito las contribuciones de las neuronas presinápticas individuales y esto les ayudó a observar la red de dendrita de las neuronas corticales.
Referencia del diario: Jeffrey Abbott, Tianyang Ye, Keith Krenek, Rona S. Gertner, Steven Ban, Youbin Kim, Ling Qin, Wenxuan Wu, Hongkun Park & Donhee Ham, Un conjunto de nanoelectrodos para obtener grabaciones intracelulares de miles de neuronas conectadas Nature Biomedical Engineering (2019) , DOI: 10.1038 / s41551-019-0455-7, https://www.nature.com/articles/s41551-019-0455-7
Vía: News Medical