Науковці розробили гнучкий імплант для мозку завтовшки менш як 0,5 міліметра, який здатний записувати сигнали нервових клітин, стимулювати їх світлом і доставляти речовини до різних ділянок. Пристрій уже випробували на мишах, але до застосування в лікуванні людей потрібні додаткові дослідження.
Розробка отримала назву microfluidic Axialtrode, або mAxialtrode. Над нею працювали дослідники Данського технічного університету, Копенгагенського університету, University College London та інших наукових установ.
За формою імплант нагадує надзвичайно тонке гнучке волокно з голчастим кінчиком. Усередині нього поєднали оптичні, електричні та мікрофлюїдні елементи — мініатюрні канали для переміщення рідин.
Завдяки такій конструкції один пристрій може одночасно реєструвати електричну активність мозку, подавати світло для стимуляції нейронів і доставляти речовини безпосередньо до потрібних ділянок.
Головна відмінність mAxialtrode від звичайного оптичного волокна полягає в розташуванні робочих елементів. У традиційних конструкціях світло зазвичай надходить до тканин через кінчик, тому дослідники отримують переважно одну точку для впливу на нервові клітини.
Якщо потрібно працювати одразу з кількома шарами мозку, доводиться використовувати додаткові волокна або електроди. Це ускладнює експеримент, адже багато процесів у мозку пов’язані з передаванням сигналів між різними структурами.
У новому імпланті функціональні елементи розмістили вздовж волокна. Завдяки цьому вчені можуть одночасно досліджувати ділянки на різній глибині, не обмежуючись лише кінчиком пристрою.
Основою mAxialtrode став полімерний стрижень, який нагрівають і витягують у тонке волокно. У центрі конструкції проходить світлопровідне ядро, а навколо нього розташовані вісім мікроскопічних каналів.
Через ці канали можна подавати рідини до тканин мозку. Усередині них також можуть розміщуватися надтонкі металеві дроти, які реєструють електричні сигнали нервових клітин.
Попри складну внутрішню будову, товщина готового імпланта становить менш як пів міліметра. Він залишається гнучким і може рухатися разом із тканинами мозку, не чинячи на них такого постійного механічного тиску, як жорсткі конструкції.
Це важливо для тривалого використання імплантів. Тверді матеріали, зокрема кремній, можуть подразнювати тканини та спричиняти запальні реакції. Розробники сподіваються, що м’якше полімерне волокно дасть змогу зменшити такі ризики, хоча його довгострокову безпечність ще належить перевірити.
Постдокторант Данського технічного університету Кунян Суй розробив концепцію mAxialtrode разом із доцентом Крістосом Маркосом. Однією з особливостей конструкції став спеціально нахилений кінчик, покликаний зменшити пошкодження тканин під час введення імпланта.
Після лабораторних випробувань науковці перевірили пристрій на живих мишах. Волокно встановили в мозок тварин і під’єднали до джерел світла, обладнання для запису електричних сигналів та невеликих насосів, які подавали рідини.
Під час експериментів дослідникам вдалося стимулювати нервові клітини синім і червоним світлом. Одночасно імплант реєстрував електричну активність у різних ділянках мозку.
Зокрема, вчені отримували сигнали з кори головного мозку та гіпокампа — структур, розташованих на різній глибині. Пристрій також дозволив доставляти речовини до окремих ділянок через точки введення, відстань між якими становила майже три міліметри.
Усі ці операції виконували за допомогою одного волокна. За спостереженнями дослідників, миші могли носити імплант без очевидних ознак дискомфорту, проте самі ці спостереження не доводять його безпечності для людей.
Один із можливих напрямів застосування mAxialtrode — дослідження епілепсії. Під час нападів патологічна електрична активність може поширюватися між різними ділянками мозку, тому можливість одночасно записувати сигнали та впливати на нервові клітини на різній глибині становить інтерес для нейробіологів.
До експериментів і нейрофізіологічної перевірки долучилися доцент Копенгагенського університету Руне В. Берг та доцент University College London Роб К. Вайкс. Їхня робота охоплювала дослідження нейронних ланцюгів і моделей, пов’язаних з епілепсією.
У майбутньому розробники розглядають можливість адаптувати імплант для медичного використання, зокрема для доставки препаратів у конкретні ділянки мозку разом зі стимуляцією нейронів. Поки що це потенційне застосування, а не доступний метод лікування.
Наразі mAxialtrode залишається дослідницькою технологією. Перед випробуваннями на людях необхідно провести додаткові експерименти, удосконалити конструкцію та пройти відповідні регуляторні процедури. Команда вже працює над патентуванням розробки й вивчає вимоги до майбутніх клінічних випробувань.
🌟 Читайте «Експерт» у своєму смартфоні — додайте нас в Google Discover