Nos últimos anos, uma série de organismos geneticamente codificados sensitizers óptica permitiram neurônios para ser ativado e silenciadas in vivo de uma forma temporalmente preciso, em resposta a pulsos breves de luz (por exemplo, 1,4,5,6,7,8 , 11). Um método de chave com a qual os neurônios foram sensibilizados para a luz do cérebro de mamíferos, é através de vírus como o lentivírus e vírus adeno-associado (AAV), que pode entregar genes que codificam para opsins aos cérebros de animais, de camundongos a macacos, em um forma segura e duradoura (por exemplo, 2,9,10). Vírus permitem que o tempo de resposta mais rápido do que os transgênicos, especialmente para organismos que não são organismos modelo genético, como ratos e macacos, e para opsins pode permitir níveis de expressão elevada que pode não ser possível em cenários de transgênicos. Aqui demonstramos um conjunto injector paralelo capaz de criar, em uma escala de tempo rápida, "no nível do circuito transgênicos", permitindo que toda a estrutura 3-dimensional do cérebro para ser virally alvo de um gene, em uma única etapa cirúrgica. A matriz injector é composto por uma ou mais bombas de deslocamento que cada unidade de um conjunto de seringas, cada qual alimenta um sílica fundida poliimida / capilar através de um conector de alta pressão tolerante. Os capilares são dimensionados, e depois inserido, locais desejados especificado por custom-moagem de uma placa de posicionamento estereotáxico, permitindo assim que os vírus ou outros reagentes para ser entregue ao conjunto desejado de regiões do cérebro. Para utilizar o dispositivo, o primeiro cirurgião enche o subsistema fluídico inteiramente com óleo, aterros os capilares com o vírus, insere o dispositivo no cérebro, e infunde reagentes lentamente (<0,1 mL / min).
Esta tecnologia permitirá uma ampla variedade de novos tipos de experimentos, tais como milissegundo-calendário de encerramento do complexamente em forma de estruturas (tais como o hipocampo) em momentos precisos durante o comportamento, a inativação temporalmente precisa de estruturas bilaterais que possam atuar de forma redundante (como a amígdala esquerda e direita), e da perturbação de múltiplas regiões cerebrais distintas (por exemplo, dirigindo duas regiões ligadas fora de fase para estudar como região-cross sincronia depende de atividade em cada região, ou estimulando as entradas para uma região ao mesmo tempo silencia um subconjunto de as metas a fim de compreender qual dos diversos alvos são críticos para mediar os efeitos dessas entradas). Para cérebros grandes como os do primata, em que demonstraram recentemente óptico tipo de célula-específicos de ativação neural 3, perturbando a atividade em uma área comportamentalmente relevante pode exigir rotulagem viral de grandes estruturas complexas. Notamos que arrays paralelos injector pode ser usada para injetar quase toda a carga - drogas, neuromoduladores, neurotransmissores, ou mesmo células - no complexo 3-D padrões no cérebro, de uma forma temporalmente preciso. Finalmente, do ponto de vista de translação, é possível que rápida, a terapia gênica-paciente personalizados ou dispositivos a entrega da droga pode ser rapidamente personalizado projetado e fabricado para coincidir com geometrias cérebro individual, apoiando novos tratamentos para uma variedade de patologias, potencialmente através do uso de óptico moléculas de controle.
As matrizes injector são projetados para ser mais preciso, tanto espacialmente e volumetricamente. No X-e Y-direções, isso é feito furos colocados com muita precisão usando um barato mini-mill, com os buracos grandes o suficiente para caber os injectores, de modo que injetores são mantidos paralelos um ao outro, e de forma precisa localização. Na direção Z, os injetores são aparados usando um aparelho estereotáxico, permitindo um nível de precisão equivalente ao da cirurgia estereotáxica em si. A precisão volumétrica surge a partir da precisão da bomba de Hamilton, bem como a quase zero mortos-volume conectores, adaptado de um método de cromatografia líquida de alta pressão (HPLC) de campo. Os injetores são feitos de tubo de capilar de sílica fundida, que é forte e rígida o suficiente para que ele mantém forma precisa e espaçamento sob pressão, sem a espessura da parede maior de alternativas, tais como cânulas de aço. Pequenas modificações podem facilmente ser feitos para se adaptar a matriz injector paralelo a uma variedade de experimentos. Por exemplo, se um menor volume de vírus ou o espaçamento mais fino é necessário, menores tubo capilar pode ser empregado, juntamente com uma broca correspondente menores. Futuros dispositivos podem utilizar canais microfluídicos e bombas, para aumentar o número de injetores paralelo, para minimizar o tamanho (talvez permitam que esses dispositivos para ser montado sobre as cabeças dos animais que se deslocam livremente).