Gummi, multifunktionelle fibre kunne bruges til at studere rygmarvsneuroner og potentielt genoprette funktion

Implanterbare fibre har været en enorm velsignelse for hjerneforskning, tillader forskere at stimulere specifikke mål i hjernen og overvåge elektriske reaktioner. Men lignende undersøgelser af nerverne i rygmarven, som i sidste ende kan føre til behandlinger for at lindre rygmarvsskader, har været sværere at gennemføre. Det er fordi rygsøjlen bøjer og strækker sig, når kroppen bevæger sig, og de relativt stive, sprøde fibre, der bruges i dag, kan beskadige det sarte rygmarvsvæv.

Nu, forskere har udviklet en gummilignende fiber, der kan bøje og strække og samtidig levere begge optiske impulser, til optoelektronisk stimulation, og elektriske forbindelser, til stimulering og overvågning. De nye fibre er beskrevet i et papir i tidsskriftet Videnskab fremskridt , af MIT -kandidatstuderende Chi (Alice) Lu og Seongjun Park, Professor Polina Anikeeva, og otte andre på MIT, University of Washington, og Oxford University.

"Jeg ville oprette en multimodal grænseflade med mekaniske egenskaber, der er kompatible med væv, til neural stimulation og optagelse, "som et redskab til bedre forståelse af rygmarvsfunktioner, siger Lu. Men det var vigtigt for enheden at være strækbar, fordi "rygmarven ikke kun bøjer, men også strækker sig under bevægelse." Det oplagte valg ville være en slags elastomer, en gummilignende forbindelse, men de fleste af disse materialer kan ikke tilpasses processen med fibertegning, som gør et relativt stort bundt materialer til en tråd, der kan være smallere end et hår.

Rygmarven "gennemgår strækninger på cirka 12 procent under normal bevægelse, "siger Anikeeva, som er klasse i 1942 karriereudviklingsprofessor i Institut for Materialevidenskab og Teknik. "Du behøver ikke engang at komme ind i en" nedadgående hund "[yogastilling] for at få sådanne ændringer." Så at finde et materiale, der kan matche den grad af strækbarhed, kan potentielt gøre en stor forskel for forskningen. "Målet var at efterligne rygmarvens stretchiness og blødhed og fleksibilitet, "siger hun." Du kan matche elastikken med et gummi. Men at trække gummi er svært - de fleste smelter bare, " hun siger.

"Til sidst, vi vil gerne kunne bruge sådan noget til at bekæmpe rygmarvsskade. Men først, vi skal have biokompatibilitet og for at kunne modstå belastningerne i rygmarven uden at forårsage skade, " hun siger.

Teamet kombinerede en nyudviklet gennemsigtig elastomer, som kunne fungere som en bølgeleder for optiske signaler, og en belægning dannet af et net af sølv nanotråde, producerer et ledende lag til de elektriske signaler. For at behandle den transparente elastomer, materialet var indlejret i en polymerbeklædning, der gjorde det muligt at trække det ind i en fiber, der viste sig at være meget strækbar såvel som fleksibel, Siger Lu. Beklædningen opløses væk efter tegneprocessen.

Efter hele fremstillingsprocessen, det, der er tilbage, er den transparente fiber med elektrisk ledende, strækbare nanotrådsbelægninger. "Det er egentlig bare et stykke gummi, men ledende, "Siger Anikeeva. Fiberen kan strække sig med mindst 20 til 30 procent uden at påvirke dens egenskaber, hun siger.

Fibrene er ikke kun strækbare, men også meget fleksible. "De er så diskette, du kunne bruge dem til at lave suturer og levere lys på samme tid, " hun siger.

"Vi er de første til at udvikle noget, der muliggør samtidig elektrisk optagelse og optisk stimulation i rygmarvene i frit bevægelige mus, "Lu siger." Så vi håber, at vores arbejde åbner nye veje for neurovidenskabelig forskning. "Forskere, der forsker i rygmarvsskader eller sygdom, skal normalt bruge større dyr i deres undersøgelser, fordi de større nervefibre kan modstå de mere stive ledninger, der bruges til stimulering og optagelse. Mens mus generelt er meget lettere at studere og tilgængelige i mange genetisk modificerede stammer, der var tidligere ingen teknologi, der tillod dem at blive brugt til denne type forskning, hun siger.

"Der er mange forskellige celletyper i rygmarven, og vi ved ikke, hvordan de forskellige typer reagerer på genopretning, eller mangel på restitution, efter en skade, "siger hun. Disse nye fibre, håber forskerne, kunne hjælpe med at udfylde nogle af disse emner.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.