Благодаря нанотехнологиям нейронауки в последнее время развились достаточно серьезно. Мы видели нейроны на кремниевых чипах, искусственные синаптические связи, даже целые нервные сети, совмещенные с логическими ключами. Похоже, биологическую совместимость имплантов мозга тоже можно улучшить!

Специалисты в области биомедицины и материаловедения из Университета Мичигана (University of Michigan) с помощью нанотехнологий разработали специальное покрытие для имплантов головного мозга, позволяющее подобным устройствам работать дольше, что крайне полезно для лечения таких заболеваний, как паралич, слепота, эпилепсия и болезнь Паркинсона.

В настоящее время импланты головного мозга помогают бороться с болезнью Паркинсона, депрессией и эпилепсией. Современные электронные устройства могут работать по двум разным принципам действия. Первый – стимуляция нейронов электрическими импульсами, что приводит к «перекрикиванию» естественных сигналов головного мозга.

Другой способ заключается в перенаправлении сигнала от рабочих нейронов к таким же здоровым в обход «простаивающих» из-за болезни.

Например, еще в 2006 году исследователям из Вашингтонского университета (University of Washington) удалось сделать интерфейс, при помощи которого управление курсором осуществлялось «силой мысли». Подобные системы также позволяют полностью парализованным людям управлять инвалидным креслом. А в 2008 году рабочая группа под руководством Чета Морица (Chet Moritz) также из Вашингтонского университета решила не делать ставку на механические устройства. Ученые напрямую подключили мозг к парализованным рукам обезьянки, причем вполне успешно.

Естественно, подобные методы лечения требуют скальпирования и размещения микроэлектродов на поверхности коры головного мозга для того, чтобы наиболее точно управлять нервными сигналами. Однако точность управления и долговечность подобных имплантов все еще находится на низком уровне.

Ученые из Мичигана уверены, что их исследования помогут улучшить микроэлектроды, использующиеся сегодня в подобных задачах.

Один из исследователей, Мохаммед Реза Абидиан (Mohammad Reza Abidian), говорит, что обычные электроды отказывают уже после нескольких месяцев работы. Хотя, естественно, врачи и сами пациенты хотели бы что-то понадежнее – например, имплант, работающий хотя бы несколько лет. Отказы микроэлектродов происходят из-за воздействия тканей мозга на их материал. А это обычно не учитывается при их исследовании и дальнейшем внедрении в мозг пациента.

Рис. 1. Нановолокна, покрытые биосовместимым полимером

Покрытие, разработанное мичиганскими исследователями, состоит из трех компонентов, которые, работая совместно, позволяют имплантируемым электродам более мягко взаимодействовать с тканями мозга. Нанокомпозитное покрытие состоит из специального электропроводящего биологически совместимого полимера – альгинатового гидрогеля, приготовленного на основе натуральных солей, выделяемых из водорослей и широко применяемых в медицине, и биоразлагаемых нановолокон, в объем которых были введены включения сильного противовоспалительного и иммунодепрессивного лекарственного средства дексаметазон.

Покрытие наносили пошагово: cначала вытягиваемые из расплава тонкие волокна наматывали на электрод, затем поверх волокон наносился водорослевый гель в смеси с мономерами будущего электропроводящего полимера, названного PEDOT. Последний затем образовывал трехмерную сеть в процессе электрополимеризации, электродом для которой служил собственно сам модифицируемый электрод-имплант.

У каждой части покрытия своя роль. Гидрогель служит матрицей для функциональных частей и обеспечивает биосовместимость с тканями организма. Нановолокна постепенно разлагаются, высвобождая дексаметазон. Это лекарственное средство подавляет иммунный отклик организма на посторонний материал и предотвращает инкапсуляцию — процесс создания замкнутого изолирующего барьера вокруг патологического включения в организме, и, как следствие, воспаление.

Электропроводящий полимер PEDOT уменьшает сопротивление электродов. Лабораторные тесты показали, что покрытие снижает полное сопротивление электрода при переменном токе на 1−2 порядка.

Кроме электрических тестов ученые анализировали биосовместимость модифицированных электродов и динамику выделения лекарственных средств в среде, приближенной по своим свойствам к тканям человеческого мозга.

В работе принимали участие и сотрудники Центра нейрокоммуникационных технологий (Center for Neural Communication Technology) Мичиганского университета. Именно они разработали и предоставили микроэлектроды. В ближайшем будущем исследователи планируют провести тесты новых модифицированных электродов на животных.

Дэвид Мартин (David Martin), соавтор Мохаммеда Резы Абидиана, создал частную исследовательскую компанию Biotectix при Мичиганском университете, которая планирует воплотить вновь созданную технологию в медицинскую реальность, говорится в пресс-релизе, опубликованном на сайте университета. О своих результатах ученые сообщили в статье, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials.

Свидиненко Юрий