Wie ein Wearable für Gehirnzellen: MIT-Forscher entwickeln kleine Röhrchen für Neuronen
Wearables wie Smartwatches oder Fitness-Tracker helfen uns seit Jahren dabei, Körperwerte wie Herzfrequenz und Schlafphasen mithilfe von Sensoren zu messen und daraus für unsere Gesundheit zu lernen. Nun haben MIT-Forscher ein winziges Äquivalent dazu für einzelne Gehirnzellen entwickelt.
Aktivität von Gehirnzellen messen
Das weiche, batterielose Device, das mit Licht betrieben wird, ist so konzipiert, dass es sich um verschiedene Teile von Neuronen, darunter Axone und Dendriten, wickeln kann, ohne diese zu beschädigen. Sie könnten verwendet werden, um die elektrische sowie metabolische Aktivität einer Gehirnzelle zu messen oder zu modulieren. Sie könnten später auch als synthetisches Myelin für Axone dienen, die diese Biomembran-Isolierung bereits verloren haben – und so dazu beitragen, dem Hirnzellenabbau bei Krankheiten wie Multipler Sklerose entgegenzuwirken.
Die MIT-Erfindung besteht aus dünnen Blättern eines weichen Polymers namens Azobenzol, das sich bei Lichteinwirkung aufrollen kann. Die Forscher können die Richtung dieses Rollvorgangs sowie die Größe und Form der Röhrchen genau steuern, indem sie die Intensität und Polarisation des verwendeten Lichts variieren. Auf diese Weise können sich die Röhren eng, aber gleichzeitig sanft um gekrümmte Axone und Dendriten wickeln.
Wie die Röhrchen aufgebaut sind
„Um eine direkte Schnittstelle zu diesen Zellen herzustellen, muss die Hardware weich sein und sich diesen komplexen Strukturen anpassen können. Das ist die Herausforderung, die wir bei dieser Arbeit gelöst haben“, sagt Deblina Sarkar, Assistenzprofessorin am MIT Media Lab und Hauptautorin des Papers. „Wir waren die Ersten, die gezeigt haben, dass Azobenzol sogar lebende Zellen umhüllen kann.“
Die Forscher:innen haben zudem eine leicht skalierbare Herstellungstechnik entwickelt, die keinen Reinraum erfordert. Kombiniert werden die Röhrchen mit optoelektrischen Materialien, die die Zellen stimulieren können. Darüber hinaus können weitere sehr dünne Materialien auf die Röhrchen (im atomaren Maßstab) aufgebracht werden, was ermöglicht, Sensoren und elektronische Schaltkreise zu integrieren.
Da die Röhrchen eine so enge Verbindung mit den Zellen eingehen, könnten sie es außerdem erlauben, subzelluläre Regionen mit sehr wenig Energie zu stimulieren. Dies könnte es Forscher:innen oder Klinikpersonal ermöglichen, Hirnkrankheiten durch Modulation der elektrischen Aktivität von Neuronen zu behandeln.
