A eletrônica injetável oferece uma nova e poderosa ferramenta para entender como as células da retina funcionam

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Anonim

Charles Lieber e seu grupo estão reescrevendo as regras de como os cientistas estudam as células da retina, e estão fazendo isso com uma única injeção.

Durante décadas, os cientistas que esperavam entender como a retina interpreta as informações visuais muitas vezes tiveram que recorrer a técnicas invasivas para dissecar a retina do animal em um esforço para registrar a atividade das células, mas um novo sistema desenvolvido por Lieber, o Joshua and Beth. Friedman University Professor e presidente do Departamento de Química e Biologia Química, e Guosong Hong, um pós-doutorado trabalhando no laboratório de Lieber, tornam possível rastrear os padrões de disparo de dezenas de células cronicamente em animais acordados.

O sistema usa eletrônica de malha ultraflexível desenvolvida no laboratório de Lieber que pode ser injetada de forma não invasiva e interagir com o tecido em nível celular, permitindo aos cientistas registrar a atividade de uma variedade de tipos de células da retina simultaneamente por semanas.

Em um novo estudo, Lieber e Hong não só demonstraram que o sistema oferece novas oportunidades para rastrear a atividade das células da retina, mas também foram capazes de usar o sistema para revelar novas informações sobre como as células ganglionares da retina se comportam ao longo de vários ciclos circadianos.. O estudo é descrito em um artigo publicado em 29 de junho na Science, em colaboração com Joshua Sanes, o diretor da Harvard Center for Brain Science do Paul J. Finnegan e o professor de Biologia Celular e Molecular de Jeff C. Tarr, com outros autores importantes. -Ming Fu, um ex-aluno de pós-graduação no laboratório Lieber, e Mu Qiao, um ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Sanes.

"Agora podemos fazer coisas que eram um sonho antes", disse Lieber, da técnica. "Desde os anos 1970, a única maneira de medir este input sensorial fundamental tem sido com procedimentos cirúrgicos invasivos para remover o olho do animal, (assim) acho que isso abre oportunidades completamente novas para a pesquisa da visão. Mesmo quando estávamos documentando isso nova metodologia, fomos capazes de encontrar uma nova biologia. .. então eu acho que esta será uma nova ferramenta importante que pode transformar o que as pessoas achavam que poderiam fazer neste campo ".

A eletrônica de malha usada no sistema foi desenvolvida por Lieber e colaboradores há vários anos, compreendendo uma rede eletrônica macroporosa e ultraflexível que pode ser injetada no tecido mole, onde interage com o sistema nervoso em um único nível de neurônio.

A capacidade de injetar a malha foi fundamental para o desenvolvimento do sistema de monitoramento das células ganglionares da retina, disse Lieber.

"Essa é uma das coisas únicas sobre este trabalho", disse ele. "Como essas malhas (sondas) são injetáveis, podemos fazer algo que não é possível com sondas rígidas, o que é uma implantação não coaxial. Normalmente, quando você usa uma sonda, você a insere e a puxa ao longo de uma única eixo, mas Guosong e Tian-Ming (ou Hong e Fu) desenvolveram esta técnica não-coaxial para traçar a curvatura do copo da retina para que a tela possa se desdobrar e conformally revestir a retina. .. então de uma maneira você poderia finalmente pensar em isso como uma camada de receptor artificial ".

E como a eletrônica de malha semelhante a tecido interage com a retina em um nível biológico, os autores conseguiram rastrear a atividade de células específicas não em horas, mas durante semanas, ganhando novas percepções sobre os ciclos circadianos das células ao longo do dia.

"O que mostramos é que a taxa de disparo de certas células muda drasticamente em diferentes momentos do ciclo circadiano", disse Hong. "Resumimos a atividade de diferentes células para três ciclos circadianos, do primeiro ao sétimo dia, e para algumas células, a taxa de disparo aumentou durante o dia, entre 8h e 20h, mas células diferentes mostraram o comportamento completamente oposto com o aumento taxas de disparo à noite ".

Sem a malha injetável, disse Hong, a descoberta não seria possível. Em parte, isso ocorre porque os pesquisadores precisavam monitorar as células para múltiplos ciclos circadianos completos - algo impossível com sondas tradicionais e rígidas.

E, embora os pesquisadores tenham observado anteriormente aumento da atividade das células retinianas bipolares durante o dia, essas medidas foram baseadas na observação de grandes populações de células, acrescentou Hong. A descoberta de que algumas células aumentam sua atividade durante a noite só foi possível devido à capacidade da malha de observar e rastrear cronicamente células individuais.

"Esta é uma nova biologia que podemos ver usando esta ferramenta, mas esta é apenas uma das muitas possibilidades", disse Hong.

Em estudos futuros, ele planeja colaborar com Joshua Sanes e Zhigang He, Professor de Neurologia e Professor de Oftalmologia na Harvard Medical School, para explorar um modelo para entender o glaucoma.

"A esperança é que um dia eles possam desenvolver algum tipo de tratamento, mas até que entendam o momento em que a doença progride, não podemos saber o que está acontecendo", disse Hong. "Então, já podemos ver que há uma aplicação médica muito importante para essa ferramenta com a qual muitas pessoas podem se identificar."

Indo adiante, disse Lieber, ele acredita que o novo sistema pode ser usado para estudar qualquer número de processos que ocorram durante o desenvolvimento, assim como entender como os padrões de disparo das células da retina são passados ​​e interpretados pelo cérebro.

"Já conseguimos medir a entrada na retina, mas com mais uma ou duas injeções, podemos medir as conexões para a próxima estação de retransmissão no cérebro", disse Lieber. "Assim, poderemos ver as interações entre esses neurônios".