Ученые создали стабильный и гибкий композит для биоэлектронных протезов

Фото:

пресс-служба СПбГУ

Ученые уже доказали, что они эффективны для мониторинга и стимуляции активности нейронов в спинном мозге млекопитающих. Подробности работы опубликованы в журнале Composite Part B: Engineering.

Сегодня нейропротезы в клинической практике получают все большее распространение. Например, их используют для восстановления сетчатки, слуховых функций, сенсомоторной активности и произвольного контроля движений. Важным аспектом, которым занимаются ученые в области нейропротезирования, является разработка электродов для протезов с оптимальными механическими, электрическими и биологическими свойствами. Перспективными для решения этой задачи считаются углеродные наноматериалы (в том числе углеродные нанотрубки (УНТ), нановолокна (УНВ) и графен), обладающие нужными ключевыми характеристиками. По словам руководителя проекта Павла Евгеньевича Мусиенко, доктора медицинских наук, профессора, заведующего лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ, из-за сложности интеграции УНТ и УНВ в микросхемы гибкие электроды на основе углеродных наноматериалов пока не получили широкого распространения. Но недавно ученым СПбГУ вместе с исследователями из университета «Сириус», Института физиологии имени И. П. Павлова РАН и других российских вузов удалось разработать особую схему производства мягких нейронных имплантатов с электродами на основе углеродных нанотрубок. Предложенная технология относительно экономична и проста, позволяет получать материал с высоким уровнем гибкости, биосовместимости и функциональности. Ранее ученые под руководством профессора Павла Мусиенко и профессора Ивана Минева из Университета Шеффилда разработали способ 3D-печати персонализированных нейропротезов. Предполагается, что благодаря ей можно будет изготавливать имплантаты индивидуально для каждого пациента. Подробности исследования опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering. Ученые создали уникальный эластический электропроводящий композит на основе силикона и углеродных нанотрубок, без применения металлов. Они подробно описали технологию его приготовления и формовки с целью производства мягких спинальных матриц, которые успешно апробированы для нейростимуляции и мониторинга нейрональной активности. Как отметил Павел Мусиенко, в разработанном композитном материале нанотрубки находятся в «связанном» состоянии, поэтому не вызывают нежелательных побочных реакций в виде повреждения тканей или аутоиммунной реакции организма. Разработанный учеными нейропротез успешно прошел проверку на эффективность и безопасность. Так, в результате ряда экспериментов ученые выявили, что электрическая стимуляция спинного мозга с его использованием эффективно активировала двигательные способности у парализованных лабораторных животных. Также нейропротез успешно показал себя в мониторинге активности спинномозговых нейрональных путей и продемонстрировал возможность контролировать работу спинальных нейронов. «Мы также протестировали нейропротезы на основе УНТ в особенно сложных биологических условиях, в которых механические свойства материала должны быть максимально приближены к таковым у нервной ткани. Обычные металлические электроды невозможно использовать в подобных условиях. Это может привести к механическому повреждению нервной ткани, кровотечению и нарушению физиологических функций, — подчеркнул Павел Мусиенко. — Благодаря мягкости и высокой эластичности нашего имплантата удалось разместить его в непосредственной близости от спинномозговых нейронов под твердой мозговой оболочкой. Это открывает новые возможности более селективной нейромодуляции и регистрации спинальных потенциалов». Но, хотя испытания на биосовместимость показали хорошие результаты, необходимы дальнейшие исследования с более длительным применением нейроимплантатов. По словам ученого, представленный метод получения нейронных протезов с электродами на основе УНТ прост, экономичен и основан на традиционных технологиях изготовления. Это, а также полученные результаты исследования делают его перспективным для массового производства имплантируемой электроники.