Создан первый беспроводной имплантат для непрерывной доставки лекарств и воздействия светом на клетки мозга

Исследователи из Южной Кореи и США разработали мозговой имплантат, которым можно управлять с помощью смартфона.

Это первое беспроводное устройство, способное в течение длительных периодов времени обеспечивать доставку лекарств и воздействие света разных цветов.

Напомним, что в последнее время многие специалисты изучают медицинский потенциал оптогенетики. Суть такой терапии заключается в изменении "поведения" определённых клеток мозга посредством воздействия на белки, чувствительные к свету. Эта методика может применяться, к примеру, для лечения нарушений зрения, хронических болей и даже для перенастройки биологических часов организма.

Однако исследователи заинтересованы в создании устройств, которые могли бы обеспечить лечение как светом, так и препаратами.

Авторы новой работы отмечают, что до сих пор для доставки лекарств или света, воздействующих на определённые области мозга, применялись жёсткие металлические устройства и оптические волокна. Однако громоздкое оборудование ограничивает движения и может повредить мягкие ткани мозга. Поэтому такие методики не подходят для длительных исследований либо долгосрочного лечения.

При использовании альтернативных устройств вроде мягких зондов и беспроводных платформ снижается вероятность повреждения тканей и неблагоприятных реакций. Тем не менее такая "аппаратура" всё ещё остаётся громоздкой и не может обеспечить долгосрочную доставку лекарств, а настроить её работу довольно сложно с технической точки зрения.

Новое решение не имеет таких недостатков.

По словам авторов работы, в первую очередь они должны были решить проблему пополнения запасов лекарств. Для этого они создали систему со сменными картриджами для препаратов. Её, по аналогии с компьютерной, назвали plug-n-play (дословно "включай и играй").

Когда запас лекарств будет исчерпан, можно будет загрузить новый картридж, чтобы лечение продолжалось. Благодаря этому нейробиологи смогут изучать процессы в одних и тех же нейронных цепях на протяжении, к примеру, нескольких месяцев.

На следующем этапе картриджи с лекарством были внедрены в мозговой имплантат с мягким зондом. Последний имеет толщину человеческого волоса и состоит из микрофлюидных каналов для доставки лекарств в целевые области, а также крошечных – меньше крупинки соли – светодиодов.

Управление системой осуществляется с помощью простой программы на смартфоне, а передачу сигнала обеспечивает Bluetooth-передатчик с низким энергопотреблением.

В нынешнем виде экспериментальное устройство предназначено для испытаний на мышах. Первый тест оно уже прошло. Система проработала в мозге грызунов в течение четырёх недель. За это время специалисты проверили различные настройки управления, контролируя двигательную активность мышей.

Проверка также показала, что в будущих экспериментах исследователи смогут с лёгкостью "настроить" любую комбинацию или точную последовательность доставки света и лекарств без необходимости физического присутствия животного в стенах лаборатории.

Авторы работы сообщают, что заинтересованы в дальнейшем развитии этой технологии и намерены создать мозговой имплантат для клинических применений.

Используя беспроводные нейронные устройства, учёные также смогут проводить полностью автоматизированные исследования на животных.

С помощью данной разработки исследователи также надеются вывести на новый уровень диагностику нейродегенеративных заболеваний, а также различного рода зависимостей и депрессии.

"Это позволит нам лучше проанализировать основы жизнедеятельности нервной системы и то, как специфические нейромодуляторы в мозге сказываются на поведении. Мы также намерены использовать это устройство для комплексных фармакологических исследований, которые могут помочь нам разработать новые лекарственные средства от боли, зависимости и эмоциональных расстройств", – добавил соавтор работы профессор Майкл Брухас (Michael Bruchas) из Вашингтонского университета в Сиэтле.

Статья с более подробным описанием разработки опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.

Кстати, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об имплантатах, останавливающих эпилептические припадки и стимулирующих мозг без вскрытия черепа.