Новое нанопокрытие для имплантов головного мозга
Достижения в области нанотехнологий - нанобиология и наномедицина

Специалистами университета Мичиган с помощью нанотехнологий разработали специальное покрытие для имплантов головного мозга, которое позволяет подобным устройствам работать дольше. Это полезно для лечения паралича, слепоты, эпилепсии, болезни Паркинсона.

Современные электронные устройства работают по двум разным принципам действия: стимуляция нейронов электрическими импульсами (приводит к "перекрикиванию" естественных сигналов головного мозга) и перенаправление сигнала от рабочих нейронов к таким же здоровым в обход "простаивающих" из-за болезни.

В 2006 году исследователями из Вашингтонского университета (University of Washington) сделан интерфейс, при помощи которого управление курсором осуществлялось «силой мысли». Подобные системы позволяют полностью парализованным людям управлять инвалидным креслом. А в 2008 году ученые под руководством Чета Морица (Chet Moritz) тоже из Вашингтонского университета напрямую успешно подключили мозг к парализованным рукам обезьянки.

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. Обычные электроды отказывают уже после нескольких месяцев работы. 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, - говорит один из исследователей Мохаммед Реза Абидиан (Mohammad Reza Abidian)

 

 

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 было нанесено 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.

 

Источник: nanonewsnet.ru