Новий тип мозкового імплантату може дати вченим більш точний спосіб дослідження мозку і, зрештою, може сприяти лікуванню неврологічних захворювань, таких як епілепсія.
Дослідники з DTU, Університету Копенгагена, Університетського коледжу Лондона та інших установ розробили довгий мозковий електрод, оснащений мікроскопічними каналами. Пристрій, відомий як мікрофлюїдний аксіалтрод (mAxialtrode), призначений для забезпечення кількох функціональних точок уздовж довжини імплантату. Це дозволяє дослідникам реєструвати нервову активність і доставляти ліки в певні місця в різних частинах мозку.
Результати були опубліковані в журналі Передова наука.
Багатофункціональний інструмент для дослідження мозку
В даний час технологія в першу чергу призначена як інструмент дослідження. Вчені можуть використовувати його, щоб дослідити, як сигнали проходять через різні шари мозку під час епілепсії, пам’яті та процесів прийняття рішень.
У довгостроковій перспективі дослідники кажуть, що mAxialtrode також може мати терапевтичне застосування. Однією з можливостей є використання пристрою для доставки ліків у точні місця з одночасним застосуванням електричної або світлової стимуляції до вибраних ділянок мозку.
Postdoc Kunyang Sui, який розробив концепцію mAxialtrode разом із доцентом Крістосом Маркосом, каже, що однією з головних переваг є те, що в одному імплантаті можна поєднати декілька можливостей. Це може дозволити дослідникам проводити більш точні експерименти, зменшуючи потребу в імплантації кількох пристроїв у мозок.
«Більшість нинішніх мозкових імплантатів засновані на твердих матеріалах, таких як кремній, який може дратувати мозок і викликати запальні реакції в тканинах. Імплантат відрізняється тим, що він виготовлений з м’яких оптичних волокон і пластику, а також має спеціальний наконечник, який зменшує його розмір і зменшує пошкодження, спричинені його розміщенням у мозку», — каже Кунянг Суй.
Суї попереджає, що технологія ще далека від рутинного клінічного використання. Потрібне широке тестування, подальша розробка та схвалення регуляторних органів, перш ніж його можна буде використовувати для лікування пацієнтів.
Вихід за межі традиційних оптичних волокон
Зараз дослідники мозку використовують гладкі оптичні волокна в багатьох експериментах. Ці тонкі волокна, виготовлені зі скла або пластику, можуть пропускати світло в глибокі області мозку. Вони часто використовуються в оптогенетиці, де певні нервові клітини активуються за допомогою світла.
Але традиційні волокна мають важливе обмеження. Зазвичай вони взаємодіють із тканиною мозку лише на кінці волокна, тобто дослідники можуть стимулювати або контролювати лише одну ділянку за раз.
Самий зовнішній кінець називається дистальним кінцем або «носом» волокна. Тільки в цьому місці відбувається випромінювання світла і контакт з тканиною мозку. У результаті вчені можуть обмежитися вимірюванням або стимуляцією одного шару мозку за раз, навіть якщо багато функцій мозку залежать від зв’язку між кількома шарами та більш глибокими структурами.
Як працює новий мозковий імплантат
Тонка голка mAxialtrode починається як більший полімерний стрижень. Дослідники нагрівають матеріал і розтягують його в надзвичайно тонке волокно, дещо схоже на виробництво дуже тонкого пасма цукру, але з більшою точністю.
Через центр волокна проходить світлопровідна серцевина. Навколо нього є вісім мікроскопічних каналів, які можуть транспортувати рідину. Ці канали також можуть містити дуже тонкі металеві дроти, які використовуються для вимірювання електричної активності в мозку.
Готове волокно менше півміліметра. Він також дуже гнучкий, що дозволяє йому рухатися разом із тканиною мозку, а не щільно стискатися. Ця різниця в твердості може бути важливою, оскільки більш тверді імплантати можуть викликати запальну реакцію, якщо вони залишаються в мозку протягом тривалого часу.
Протестовано на живих мишах
Дослідники випробували систему не тільки в лабораторії, а й «in vivo», тобто на живих мишах. Електрод помістили в мозок тварини і підключили до джерел світла, записуючого обладнання та маленьких насосів, які використовувалися для подачі рідини.
Експерименти показали, що пристрій може стимулювати нервові клітини за допомогою синього та червоного світла. У той же час дослідники змогли зафіксувати електричну активність дрібних і глибоких ділянок мозку, включаючи кору головного мозку та гіпокамп.
Вони також змогли помістити різні речовини в окремі канавки, з точками передачі приблизно на три міліметри одна від одної. Усі ці вимірювання та форми стимуляції проводилися за допомогою світловолокна, яке миші могли носити без будь-яких явних ознак дискомфорту.
Можливе застосування в епілепсії та нейронауці
Експерименти in vivo та нейрофізіологічні тести в тісній співпраці з доцентом Руном В. Бергом з Копенгагенського університету та доцентом Робом С. Уайксом з Університетського коледжу Лондона. Їхній внесок включав досвід аналізу нейронних ланцюгів і моделей, пов’язаних з епілепсією.
Наразі дослідницька група працює над патентуванням технології мозкового електрода. Вчені також досліджують, що знадобиться, щоб почати тестування пристрою на пацієнтах у клінічних умовах.
