Микросхема позволяет устанавливать контакт с клетками живого организма

Компания IMEC разработала миниатюрную микросхему с микроскопическими иглами, которая может налаживать связь между электроникой и клетками живого организма. Новый чип может быть произведен серийно и представляет собой неоценимую помощь в сфере электрофизиологии, например, в исследовании строения мозга и его дисфункций. Каждая микроигла выступает в роли звена между чипом и клеткой и содержит в себе электрод, который может точно передавать электрические импульсы в обоих направлениях.

Человеческое тело включает в себя множество генерирующих электрический ток клеток. К примеру, кардиомиоциты (клетки сердца) и нейроны (клетки мозга) полностью полагаются на электрические импульсы для связи с другими клетками. Знание природы электрической активности этих клеток является необходимым условием для разработки методов борьбы с дисфункциями мозга вроде болезней Альцгеймера и Паркинсона, проверки действия лекарств на сердце и множества других задач. Именно поэтому решение от IMEC представляет такую ценность. Электроды в данном чипе имеют габариты, соизмеримые с размером большинства клеток организма, а в некоторых случаях они даже меньше. Они состоят из миниатюрных игл, состоящих из металлического стержня, покрытого по длине слоем оксида и имеющего проводящий наконечник, сделанный из золота или нитрида титана.  Когда клетка сближается с чипом, ее мембрана поглощает в себя несколько игл, что позволяет наладить надежную связь между клеткой и электроникой. Чрезвычайно малое расстояние между клеткой и чипом позволяет достичь исключительного отношения сигнала к помехам, что дает возможность точно записывать электрические сигналы и передавать сигналы обратно в клетку.

 «В процессе создания этого чипа нам пришлось преодолеть ряд препятствий, таких как обеспечение нормального функционирования подключенной клетки, создание оболочки чипа для работы во влажной среде, управление ростом клетки таким образом, чтобы клетка касалась лишь одного электрода. И наконец, самым тяжелым было перемещение клетки на достаточное расстояние. Впрочем, ни одно из препятствий не было непреодолимым и теперь мы имеем в своем распоряжении уникальный инструмент, дающий возможность интерпретировать сигналы нейронов. Сверх того, мы даже можем стимулировать нейроны, что может приоткрыть занавес над механизмами нашего мышления»

Крис Верстрекен, директор подразделения биоэлектроники компании, заявил следующее: «Мы почти ничего не знаем о работе нашего мозга. Как формируются эмоции? Что является причиной заболеваний вроде болезней Паркинсона или Альцгеймера? Большая часть процессов нашей нервной системы покрыты пеленой тайны. Нейроны являются чрезвычайно гибкими клетками, которые постоянно формируют новые связи между собой, разрывают старые и восстанавливают поврежденные. Но как они это делают? Каковы механизмы познания и развития? Мы надеемся, что в скором времени мы сможем это выяснить, и этот чип сыграет в этом немаловажную роль. Мы сможем диагностировать болезни, лечить клетки нервной системы путем их стимуляции или даже восстанавливать связь между клетками после инсульта»