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Attualmente sono disponibili diversi metodi per eseguire la somministrazione simultanea di farmaci e l'elettrofisiologia. Il nostro sistema è destinato ad avere la flessibilità di essere utilizzato per le registrazioni in modo indipendente o in combinazione con l'iniezione di droga, e di avere la capacità di posizionare con precisione qualsiasi sonda sperimentale fragile, come un nanosensore o un microelettrodo, protetto da eventuali danni, attraverso la dura mater e il tessuto neurale. Il sistema consente un controllo preciso dei volumi di infusione di farmaci ad occhio nudo (precisione 17 nL mostrata negli studi precedenti nel nostro laboratorio3).
Ci sono sistemi più specializzati per l'iniezione di pressione con diametri più piccoli12. Tali sistemi consentono più siti di registrazione, ma la complessa configurazione del software e dell'hardware necessari per il controllo del sistema comporta costi più elevati per ciascuno dei componenti e ha una minore flessibilità per interfacciarsi con sonde sperimentali che non sono ancora commercializzate su larga scala. Inoltre, il nostro iniettore non richiede un impianto cronico e fornisce un grande grado di flessibilità: compatibile con biosensori per misurare i segnali chimici ed elettrofisiologici, e in grado di infondere farmaci, con il potenziale per misurare l'effetto delle infusioni di farmaci localizzati su queste risposte.
Il progetto permette di sporare la sonda sperimentale dopo la penetrazione dura al fine di evitare danni alla struttura della sonda. Questa caratteristica consente la multifunzionalità del dispositivo, per penetrare la dura senza rischiare danni da alcuna sonda sperimentale come nanosensori su scala nanometrica10. Tuttavia, c'è una limitazione della lunghezza che può essere sporgente, limitata dal numero di giri del ferrule, limitata a 1 mm per le ferregole standard. C'è un danno minimo ai tessuti a causa del piccolo diametro della cannula (228 m).
Nell'esperimento che abbiamo mostrato, il sistema è stato utilizzato per eseguire la consegna controllata di muscimol per l'inattivazione reversibile del FEF, contemporaneamente con stimolazione elettrica o registrazione extracellulare (singolo neurone, potenziale di campo locale) utilizzando un microelettrodo. Questo esperimento in FEF richiede la microstimolazione del FEF per confermare i vettori saccades prima dell'inattivazione, e il farmaco è stato infuso per studiare la memoria di lavoro durante l'inattivazione reversibile del FEF. È improbabile che una registrazione dallo stesso singolo neurone isolato possa essere mantenuta prima e dopo l'iniezione di droga; tuttavia, siamo stati in grado di registrare i potenziali di campo locale prima e dopo l'infusione. Qui, mostriamo un esperimento che combina iniezione, registrazione e stimolazione elettrica.
Una volta impostato, il metodo è molto affidabile e robusto. Tuttavia, a causa della precipitazione di piccole molecole (ad esempio, sale) all'interno del piccolo tubo e delle porte, è necessario un lavaggio approfondito dopo ogni esperimento al fine di mantenere la microfluidica libera da ostruzioni e perdite. Grazie alla semplicità dell'intero circuito, ogni componente può essere sostituito in modo indipendente per facilitare la risoluzione dei problemi.
Anche se il metodo è stato dimostrato nell'area FEF in un primate non umano, il principio può essere applicato a qualsiasi altra area del cervello in cui si desidera una combinazione di stimolazione elettrica, registrazione e iniezione di droga, in specie di dimensioni del roditore o più grandi.