Czy neurony mogą być sterowane przez rozmyty grafen?


Neurony oddziałują na siebie za pomocą sygnałów elektrycznych zwanych potencjałami czynnościowymi, a modulowanie elektrofizjologii wybranych neuronów jest kluczem do zrozumienia mózgu na poziomie komórkowym.

Nanodruty wykonane z "rozmytych grafów"

Większość obecnych metod wymaga modyfikacji genetycznych, aby uczynić komórki wrażliwymi na światło, dzięki czemu mogą być one kontrolowane optycznie lub są nieprecyzyjne i wymagają wysokich energii, które mogą uszkodzić komórki. Pisząc w PNAS, Sahil Rastogi i współpracownicy przedstawiają zdalną, niegenetyczną metodę optycznego modulowania aktywności neuronów poprzez wykorzystanie nanodrutów "rozmytego grafenu" do precyzyjnego kontaktu z komórkami mózgu.

Rastogi i wsp. wykorzystują fakt, że podgrzanie błony komórkowej zmienia jej pojemność, co wywołuje potencjał czynnościowy w komórce. W tym celu do poszczególnych komórek przyczepiają rozmyte druty grafenowe - nanodruty krzemowe z pozapłaszczyznowymi płatkami grafenu.

Powierzchnia i gęstość płatków grafenu na drutach są dostrajane tak, aby zwiększyć absorpcję światła ultrafioletowego do bliskiej podczerwieni, które grafen zamienia na energię cieplną.

System ten ma kilka zalet. Długość fali, przy której światło jest absorbowane, jest odpowiednia do badań in vivo, ponieważ światło może przenikać głęboko do tkanki bez dużej absorpcji przez wodę lub hemoglobinę. Wysoka wydajność fototermiczna rozmytych drutów grafenowych umożliwia modulowanie aktywności komórek przy użyciu niskich energii lasera, aby zminimalizować uszkodzenia.

A ponieważ rozmyty grafen przylega do błony komórkowej, nie będąc przez nią wchłanianym, jest również nietoksyczny i nieinwazyjny.