Группа исследователей разработала модифицированную нанокомпозитными материалами матрицу микроэлектродов (MEA), которая позволяет осуществлять долгосрочный мониторинг активности нейронов во время спячки с высокой чувствительностью. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале ACS Sensors.
Основные моменты исследования
- Руководитель исследования: профессор Цай Синься из Института аэрокосмической информации Китайской академии наук.
- Цель исследования: изучение того, как специфические клетки мозга поддерживают жизнедеятельность в условиях крайне низкого метаболизма.
Методы и результаты
Исследователи модифицировали MEA с помощью платиновых наночастиц (PtNPs) и прусского синего (PB). Это усилило способность электродов улавливать слабые нейронные сигналы, одновременно снижая воспаление и повышая стабильность в течение длительных периодов мониторинга.
Улучшенные электроды достигли отношения сигнал/шум 15,53 ± 6,73 — более чем в три раза выше, чем у традиционных MEA, что позволило учёным записывать даже самые слабые разряды отдельных нейронов.
Тесты стабильности in vitro показали, что электроды сохраняли надёжную работоспособность до трёх месяцев, а эксперименты in vivo позволили осуществлять хронический нейронный мониторинг во время естественных периодов спячки у сибирских бурундуков (Tamias sibiricus).
Выводы
- Исследователи выявили три различных типа нейронов, каждый из которых демонстрирует уникальные паттерны ответа во время спячки.
- Нейроны типа 3 оставались активными даже в условиях крайне низкого метаболизма, помогая бурундукам поддерживать глубокую спячку без повреждения мозга.
- Введение PB в нанокомпозит не только повысило чувствительность обнаружения, но и смягчило воздействие активных форм кислорода, снижая воспаление и улучшая качество записи.
Для подтверждения нейронных сигналов команда использовала методы анализа белков ионных каналов и объединила их с анализом транскриптома, который выявил изменения в экспрессии генов, таких как ATP7A, KCNH8 и TMEM175, связанных с активностью нейронов во время спячки.
Это исследование предоставляет новый инструмент для раскрытия механизмов защиты мозга в экстремальных состояниях, что может вдохновить на разработку терапий для неврологических заболеваний, где энергетический метаболизм нарушен.