บาคาร่าเว็บตรง โพรบ NeuroStrin โพรบคล้ายเนื้อเยื่อ: NeuroString สามช่องสัญญาณสำหรับการฝังสมอง (ซ้าย) และภาพ micro-CT ที่แสดง NeuroString ในลำไส้ที่วางอยู่ในลำไส้ใหญ่ของเมาส์ (ขวา) ทีมนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้สร้างเซ็นเซอร์ที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งเป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับการตรวจสอบโมเลกุลสารสื่อประสาทในสมองและลำไส้ในเวลาจริง
เซ็นเซอร์นี้มีชื่อว่า NeuroString
เป็นการปูทางสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้หลายอย่างในการเฝ้าติดตามและรักษาโรคซึมเศร้า โรคพาร์กินสัน และโรคเกี่ยวกับลำไส้
เซ็นเซอร์ที่ใช้กราฟีนใช้เทคนิคการตรวจจับทางเคมีไฟฟ้าที่เรียกว่าโวลแทมเมทรีแบบวัฏจักรสแกนแบบเร็ว ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มและลดแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับโพรบอย่างรวดเร็วเพื่อออกซิไดซ์ซ้ำๆ และลดสารสื่อประสาทเป้าหมาย ทำให้เกิดกระแสเฉพาะของสารสื่อประสาท
ในส่วนหนึ่งของการวิจัย นักวิจัยได้ใช้ NeuroString สำหรับการรับรู้โดปามีนและเซโรโทนินในสมองของหนูในระยะยาวและมีเสถียรภาพ พวกเขาทำการทดลองหลายครั้งโดยใช้การกระตุ้นออพโตเจเนติกส์ การกระตุ้นทางเภสัชวิทยา และการทดสอบพฤติกรรม ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารNatureแสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์ตรวจจับระดับสารสื่อประสาทในสมองได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็สร้างปฏิกิริยาตอบสนองการอักเสบน้อยที่สุด
ผู้เขียนคนแรก Jinxing Liผู้ซึ่งทำงานเป็นนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในZhenanกล่าวว่า “จากนั้นเราได้ทดสอบเซ็นเซอร์ในทางเดินอาหารซึ่งความยืดหยุ่นและความนุ่มนวลของมันสอดคล้องกับเนื้อเยื่อในลำไส้ได้ดีโดยไม่รบกวนการเคลื่อนไหวของ peristaltic
หรือกระตุ้นการหลั่ง serotonin ที่ไม่พึงประสงค์
ห้องทดลองของ Baoที่ Stanford University และปัจจุบันอยู่ที่ Michigan State University อุปกรณ์นี้ให้การตรวจสอบ serotonin ที่ปล่อยออกมาในลำไส้เล็กอย่างต่อเนื่องและมีความเที่ยงตรงสูง ทั้งในแบบจำลองหนูของอาการลำไส้แปรปรวนและสัตว์ขนาดใหญ่
นักวิจัยได้ฝังหนูบางตัวที่มี NeuroStrings ทั้งในสมองและลำไส้ใหญ่ เมื่อพวกเขาป้อนช็อกโกแลตให้กับหนู เซ็นเซอร์จะตรวจจับโดปามีนในสมองและเซโรโทนินในลำไส้
“เซลล์ประสาทสื่อสารผ่านทั้งไฟฟ้าและสารสื่อประสาททางเคมี” หลี่อธิบาย “การตรวจสอบการสื่อสารสัญญาณไฟฟ้าและเคมีในระบบประสาทเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการศึกษาสมอง ทำความเข้าใจโรคในสมอง และพัฒนาวิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพ”
การใช้งานทางคลินิก
ก่อนหน้านี้นักวิจัยมีความก้าวหน้าอย่างมากในการตรวจจับสารสื่อประสาทผ่านการใช้โพรบเรืองแสงที่ดัดแปลงพันธุกรรม และส่วนต่อประสานประสาททางอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพได้ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาสัตว์ป่าและแม้แต่มนุษย์ อย่างไรก็ตาม เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพที่มีอยู่สำหรับการศึกษาสารสื่อประสาทนั้นมีข้อจำกัดหลายประการ รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่ามันมีแนวโน้มที่จะแข็งและเปราะ และอาจนำไปสู่การกระตุ้นเนื้อเยื่อเป้าหมายหรือการตอบสนองต่อการอักเสบที่ไม่พึงประสงค์ ทำให้ไม่เหมาะกับการตรวจสอบเนื้อเยื่ออ่อน
นักวิทยาศาสตร์ต้องการอินเทอร์เฟซแบบอิเล็กทรอนิคส์
ที่อ่อนนุ่มซึ่งสามารถตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของสารสื่อประสาท spatiotemporal ตามธรรมชาติทั้งในระบบประสาทส่วนกลางและอุปกรณ์ต่อพ่วง โดยไม่รบกวนสรีรวิทยาของอวัยวะที่อ่อนนุ่มและเคลื่อนไหว เช่น สมองและลำไส้ “เครื่องมือเหล่านี้สามารถช่วยให้เกิดการพัฒนาส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องจักรและการบำบัดทางการแพทย์ที่ปรับเปลี่ยนกิจกรรมของสารสื่อประสาทได้ในที่สุด” Li กล่าว
ทีมงานได้เลือกกราฟีนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดเนื่องจากทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับออกซิเดชันของสารสื่อประสาทโมโนเอมีน เช่น โดปามีนและเซโรโทนิน ตามคำกล่าวของ Li ยังมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และสามารถทนต่อการโค้งงอ การยืด และการบิดตัวได้
ทีมงานได้ใช้กระบวนการที่เรียกว่า laser carbonization เพื่อสร้างเครือข่ายของ graphene nanofibres ที่เกิดจากเลเซอร์โดยมีอนุภาคนาโนของโลหะทรานซิชันตกแต่งอยู่บนพื้นผิว อนุภาคนาโนเหล่านี้จับกับสารสื่อประสาทและปรับปรุงการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ทำให้เซ็นเซอร์สามารถวิเคราะห์ประสาทเคมีได้อย่างละเอียดอ่อนและเลือกสรร
จากนั้นนักวิจัยได้ฝังเครือข่ายนาโนไฟเบอร์ของกราฟีนในเมทริกซ์อีลาสโตเมอร์เพื่อให้มีความนุ่มและยืดหยุ่นสูง ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของวัสดุนาโนไว้ “เส้นใยนาโนกราฟีนยังคงรักษาเครือข่ายนำไฟฟ้า 3 มิติที่เชื่อมต่อถึงกันได้ แม้ว่าจะมีการเสียรูปในเมทริกซ์ก็ตาม” หลี่กล่าว
“คุณสมบัติที่ยืดหยุ่นของ NeuroString ทำให้เหมาะสำหรับการตรวจสอบสัญญาณสารสื่อประสาทในระบบประสาททั้งสองในเวลาเดียวกัน และอาจแก้ปัญหาข้อจำกัดทางเทคนิคในปัจจุบันในการศึกษาพลวัตของเคมีในลำไส้และปฏิสัมพันธ์กับจุลินทรีย์” Li กล่าวเสริม
Li คาดว่า NeuroString จะเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการศึกษาสารเมแทบอไลต์ของจุลินทรีย์ในลำไส้และการวินิจฉัยภาวะเงินเฟ้อในลำไส้ และคาดการณ์ว่าอาจรวมเข้ากับเครื่องกระตุ้นประสาทเพื่อกระตุ้นด้วยวงปิดเพื่อรักษาโรคพาร์กินสัน นาโนเซนเซอร์ใหม่กำหนดเป้าหมายโดปามีน
ในการทำงานในอนาคต นักวิจัยหวังว่าจะปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่ของเซ็นเซอร์โดยใช้ชิ้นส่วนไมโครหรือนาโน ตลอดจนเพิ่มประสิทธิภาพในการเลือกและการทำงานด้วยการใช้โพรบต่างๆ ในที่สุด พวกเขาตั้งเป้าที่จะรวมเซ็นเซอร์กับฮาร์ดแวร์ไร้สาย ซึ่งจะช่วยให้สามารถตรวจสอบประสิทธิภาพในระยะยาวในสมองและลำไส้ของสัตว์ขนาดใหญ่ได้ บาคาร่าเว็บตรง
