Внутриклеточная регистрация с помощью нанобашенных электродов

Для изучения электрических свойств биологических тканей и нейронов используется электрофизиология. Внутриклеточная регистрация — мощная методика, превосходящая внеклеточную по амплитуде и качеству сигналов, так как измеряет напряжение или ток непосредственно через клеточную мембрану. Для этого разрабатываются устройства на основе нанопроволок и нанотрубок, обладающие высоким пространственным разрешением и чувствительностью.

Однако длина таких электродов ограничена 10 мкм из-за сложностей изготовления наноструктур с высоким соотношением сторон. Это делает обычные наноустройства неприменимыми для работы с нейронами внутри толстых биологических тканей, таких как срезы мозга или мозг in vivo.

Исследовательская группа из Университета Тойохаси разработала трёхмерные микроигольчатые электроды с наноразмерным остриём (NTEs), длина которых превышает 100 мкм. Это значительно больше, чем у обычных нанопроволочных устройств, что расширяет область их применения, включая проникновение в глубокие слои ткани. Учёные успешно провели внутриклеточную регистрацию на мышечных клетках.

Технологический прорыв: Основная проблема — проведение внутриклеточных записей в толстой биологической ткани. Для экспериментов на срезах мозга необходима длина иглы более 40 мкм. Однако наноиглы с высоким соотношением сторон и диаметром недостаточно жёсткие, чтобы проникнуть в ткань. Наш электрод NTE имеет коническую форму длиной 120 мкм и достаточную жёсткость для прокалывания тканей и клеток.

Перспективы: Пока продемонстрированы предварительные результаты, но серийное производство таких внутриклеточных электродов длиной более 100 мкм станет шагом вперёд в технологиях устройств. Это в конечном итоге приведёт к реализации многоточечной внутриклеточной регистрации на разных глубинах в биологических тканях, включая срезы и мозг in vivo, что недоступно для обычных устройств.

Электрод NTE потенциально может использоваться для работы с клетками, находящимися глубоко в биологической ткани, что ускорит понимание принципов работы мозга.