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プログラム可能な無線光流体システムインビオ薬理学と光遺伝学

Jae-Woong Jeong ¹, Jordan G McCall ², Gunchul Shin ³

¹Department of Electrical, Computer, and Energy Engineering, University of Colorado, Boulder, CO 80309, USA; Department of Materials Science and Engineering, Beckman Institute for Advanced Science and Technology and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA.
²Department of Anesthesiology, Division of Basic Research, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA; Anatomy and Neurobiology, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA; Division of Biology and Biomedical Sciences, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA.
³Department of Materials Science and Engineering, Beckman Institute for Advanced Science and Technology and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA.
⁴Departments of Civil and Environmental Engineering and Mechanical Engineering, Center for Engineering and Health, Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA; Center for Mechanics and Materials, Tsinghua University, Beijing 100084, China.
⁵Department of Anesthesiology, Division of Basic Research, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA; Anatomy and Neurobiology, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA.
⁶Bio-Medical IT Convergence Research Department, Electronics and Telecommunications Research Institute, Daejeon 305-700, Republic of Korea.
⁷Departments of Civil and Environmental Engineering and Mechanical Engineering, Center for Engineering and Health, Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA; State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China.
⁸Department of Anesthesiology, Division of Basic Research, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA.
⁹Department of Anesthesiology, Division of Basic Research, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA; Department of Biomedical Engineering, Washington University, St. Louis, MO 63130, USA.
¹⁰Departments of Civil and Environmental Engineering and Mechanical Engineering, Center for Engineering and Health, Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA; School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China.
¹¹Department of Neurosurgery, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA.
¹²Departments of Civil and Environmental Engineering and Mechanical Engineering, Center for Engineering and Health, Skin Disease Research Center, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA.
¹³Department of Anesthesiology, Division of Basic Research, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA; Anatomy and Neurobiology, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA; Division of Biology and Biomedical Sciences, Washington University School of Medicine, St. Louis, MO 63110, USA; Department of Biomedical Engineering, Washington University, St. Louis, MO 63130, USA.
¹⁴Department of Materials Science and Engineering, Beckman Institute for Advanced Science and Technology and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA; Department of Electrical and Computer Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61802, USA; Department of Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61802, USA; Department of Chemistry, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61802, USA.

⁰Department of Electrical, Computer, and Energy Engineering, University of Colorado, Boulder, CO 80309, USA; Department of Materials Science and Engineering, Beckman Institute for Advanced Science and Technology and Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA.

Cell +

2015年7月21日

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まとめ

研究者らは,無線光流体神経探査機を開発し,最小限の侵襲的な in vivo 研究を行いました. この高度な探知器は薬の投与と光刺激を精密に制御できます

科学分野

神経科学
生物医学工学
バイオインストレーション

背景

行動する動物の神経回路とシステムを理解するために,イン・ビヴォの薬理学と光遺伝学は非常に重要です.
現在のニューラルインターフェース技術 (金属カヌーラ,結合光ファイバー) は,最小侵襲的,結合のない研究を制限しています.
神経生理学的な操作を無線で正確に制御できる先進的なツールが必要です

研究の目的

マイクロフリウイド薬配送とマイクロLED配列を組み合わせた新しい無線光流体神経探査機を導入する.
流体配送と光刺激の無線空間時間制御の能力を実証する
自由に行動する動物の神経生理学的システムを操作する上でこれらの探査機の応用を紹介する.

主な方法

細胞規模の無機発光ダイオード (μ-ILED) 配列と統合された超薄で柔らかいマイクロ流体チャネルの開発.
ワイヤレスで流体配送と光による刺激を制御する
遺伝子発現変異,ペプチド結合体配送,行動操作のための自由に移動する動物における体内試験.

主要な成果

薬の投与と光刺激の無線空間時間制御を成功裏に実証しました
遺伝子発現の修正とペプチドリガンドの投与 in vivo
メソアクンベンの報酬関連行動の操作は,同時に光刺激と抗薬投与によって行われる.

結論

ワイヤレス光流体神経探知器は最低限侵襲的な解決策を提供しています
これらの装置は神経回路と細胞信号操作に前例のない制御を提供します
この技術は様々な臓器系,種,および生物医学分野に広範囲にわたる応用の可能性を持っています.

プログラム可能な無線光流体システムインビオ薬理学と光遺伝学

まとめ

科学分野

背景

研究の目的

主な方法

主要な成果

結論

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