Können Neuronen durch Fuzzy-Graphen gesteuert werden?


Neuronen interagieren über elektrische Signale, die als Aktionspotenziale bekannt sind, und die Modulation der Elektrophysiologie bestimmter Neuronen ist ein Schlüssel zum Verständnis des Gehirns auf zellulärer Ebene.

Nanodrähte aus "Fuzzy-Graphen"

Die meisten derzeitigen Methoden erfordern genetische Veränderungen, um Zellen lichtempfindlich zu machen, damit sie optisch gesteuert werden können, oder sie sind ungenau und erfordern hohe Energien, die Zellen schädigen können. In der Zeitschrift PNAS stellen Sahil Rastogi und Kollegen eine nicht genetische Methode zur optischen Modulation der neuronalen Aktivität vor, bei der Nanodrähte aus "Fuzzy-Graphen" verwendet werden, um einen präzisen Kontakt mit den Gehirnzellen herzustellen.

Rastogi et al. machen sich die Tatsache zunutze, dass die Erwärmung einer Zellmembran deren Kapazität verändert, was ein Aktionspotenzial in der Zelle auslöst. Dazu bringen sie Fuzzy-Graphen-Drähte - Silizium-Nanodrähte mit Graphenflocken außerhalb der Ebene - an einzelnen Zellen an.

Die Oberfläche und die Dichte der Graphenflocken auf den Drähten werden so eingestellt, dass sie die Absorption von ultraviolettem bis nahinfrarotem Licht erhöhen, das vom Graphen in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Das System hat mehrere Vorteile. Die Wellenlängen, bei denen das Licht absorbiert wird, sind für In-vivo-Untersuchungen geeignet, da das Licht tief in das Gewebe eindringen kann, ohne dass es von Wasser oder Hämoglobin stark absorbiert wird. Die hohe photothermische Effizienz der Fuzzy-Graphen-Drähte ermöglicht es, die Zellaktivität mit niedrigen Laserenergien zu modulieren, um die Schädigung zu minimieren.

Und da das unscharfe Graphen an der Zellmembran haftet, ohne von der Zelle absorbiert zu werden, ist es auch nicht toxisch und nicht invasiv.