Группа российских ученых разработала уникальную технологию изготовления мягких нейроимплантов спинного мозга на основе углеродных нанотрубок, аналогов которой нет в мире. Данная технология дает шанс на восстановление привычного образа жизни людям, утратившим, например, двигательные функции в результате травм или инсульта
Новая технология позволяет изготовить имплант приближенный по механическим свойствам к нервной ткани, что существенно повышает его биосовместимость по сравнению с аналогами.
Результаты многолетней работы опубликованы в высокорейтинговом журнале «Composites Part B: Engineering».
При заболеваниях и травмах нервной системы ученые научились восстанавливать утраченные функции с применением нейроимплантов, состоящих из наборов электродов. Электроды устанавливают так, чтобы они воздействовали током на нервные волокна в головном или спинном мозге в нужных участках — там, где что-то нарушено из-за болезни или где можно воздействовать на какую-либо зону и за счет ее активности решить проблему. Такой имплант берет на себя функции поврежденных нейронных структур и генерирует последовательность импульсов в соответствии с биологическим паттерном движения.
Однако все еще остается нерешенной одна из главных задач – разработка интерфейсов электродов с оптимальными механическими, электрическими и биологическими свойствами. Нейроимплант располагается между костью, то есть жесткой тканью, и спинным мозгом – мягкой тканью, и вся эта конструкция находится еще и в движении, именно поэтому материал, из которого изготавливается нейроимплант должен быть максимально похож на ткань нервной системы. Импланты, которые используются в медицинской практике сейчас относительно жесткие, что со временем может привести к компрессии нервных тканей и повреждению самого импланта.
Научная группа профессора Павла Мусиенко ведет уже более 5 лет исследования по созданию нейроимплантов с более высоким уровнем биоинтеграции, что требует значительного вовлечения экспертов из разных научных областей. В работе задействованы ресурсы и накопленный опыт нескольких научных центров страны – СПбГУ, Института физиологии им. И.П.Павлова РАН, Университета «Сириус», Институт медицинской приматологии и др.
Российские ученые разработали технологию изготовления нейроимплантов из композитного материала на основе углеродных нанотрубок и силикона. Предложенный состав материала характеризуется высоким уровнем биосовместимости, долговременной биостабильностью, выдающейся прочностью на растяжение, высокими значениями емкости для хранения электрического заряда.
Таким образом, ученым удалось получить одновременно мягкий и прочный материал – то есть при движении имплант будет повторять механику движений и не травмировать ткани вокруг.
«Для изготовления растяжимых имплантов спинного мозга из полученных композитных материалов, мы создавали и применяли сложные литейные металлические формы. Механические, электрические и биологические свойства композита исследовали при помощи разных методов, таких как SEM, анализ EDXRF, механические испытания на растяжение, тестирование на цитотоксичность и циклическую вольтамперометрию. Функциональность имплантов спинного мозга была изучена с использованием тестов in vivo на лабораторных животных, которые показали высокую эффективность предлагаемой технологии для мониторинга и стимуляции нейрональной активности у млекопитающих», – поясняет доктор медицинских наук, профессор Павел Мусиенко, руководитель проекта, заведующий лаборатории нейропротезов СПбГУ и руководитель направления «Нейробиология» Университета «Сириус».
Эластичность и мягкость композита позволила расположить его в непосредственной близости от спинальных нейрональных путей под твердой мозговой оболочкой, не повреждая чувствительную ткань спинного мозга. В настоящее время это невозможно реализовать с помощью обычных проволочных электродов. Ученым удалось протестировать имплант в особенно сложных биологических условиях, в которых механика материала имеет решающее значение и должна быть близка к механике реальной нервной ткани.
Помимо того, что полученный учеными материал на данный момент по механических свойствам приближен к структурам нервной системы, он еще и может быть функционализирован, то есть свойства материала можно регулировать и направлять в зависимости от задачи. Предложенный специалистами способ изготовления нейроимплантов основан на традиционных технологиях изготовления и экономичен в производстве, а значит это делает его перспективным для массового производства имплантируемой электроники.
АНО ВО «Университет Сириус»