Контролируя концентрацию ионов, можно понять, как работают отдельные клетки мозга и их взаимодействие. Технология также открывает путь к новым методам лечения.

Результаты исследования опубликованы в журнале Small.

Даниэль Саймон, профессор университета, говорит:

В перспективе это поможет лечить неврологические заболевания, например эпилепсию, с беспрецедентной точностью.

Мозг состоит из 85–100 миллиардов нейронов и почти такого же количества глиальных клеток, которые обеспечивают нейроны питанием, кислородом и восстановлением. Между клетками — межклеточная жидкость.

Разница в составе этой жидкости внутри и снаружи клеток критична для их работы. Например, нейроны активируются при изменении концентрации ионов калия. До сих пор не было ясно, как локальные изменения влияют на отдельные клетки.

Раньше среду меняли, закачивая жидкость, но это нарушало баланс: было непонятно, что именно вызывало реакцию — состав, давление или движение жидкости.

Ученые из Лаборатории органической электроники (LOE) решили проблему, создав микропипетку диаметром всего 2 микрона (в 25 раз тоньше волоса). Она доставляет только ионы (калий, натрий), не затрагивая другие параметры.

Терезия Арбринг Шёстрём, доцент LOE, объясняет:

Глиальные клетки — это «химическая» половина мозга, которую почти не изучали, потому что их нельзя активировать электричеством. Но и нейроны, и глиальные клетки реагируют на химию.

Эксперименты проводили на срезах гиппокампа мышей.

Нейроны реагировали не так быстро, как мы ожидали. Зато глиальные клетки — мгновенно и резко. Нейроны включались только после их «насыщения». Так мы увидели тонкую настройку взаимодействий в мозге, — говорит Терезия.

Пипетку делают так: стеклянную трубку нагревают и вытягивают до разрыва, получая тонкий кончик. Обычно такие инструменты используют для измерения электрической активности. Но здесь кончик покрыли ионообменной мембраной, что позволило работать с химическими сигналами.

Даниэль Саймон добавляет:

Преимущество в том, что такие пипетки используют десятки тысяч исследователей. Это ускорит внедрение технологии.

Следующий шаг — изучение химической передачи сигналов в здоровой и больной ткани. Также ученые планируют тестировать лекарства, например, против эпилепсии.

Ценность исследования:

• Точная диагностика. Позволит выявлять нарушения на уровне отдельных клеток.
• Персонализированное лечение. Точечная доставка ионов или лекарств снизит побочные эффекты.
• Прорыв в нейронауке. Раскроет роль глиальных клеток, которые раньше игнорировали.
• Новые терапии. Например, при эпилепсии можно будет подавлять очаги возбуждения без вреда для здоровых нейронов.

Ранее ученые превратили в нейроны клетки кожи.