Корейские ученые представили гибкий 3D нейроинтерфейс: мониторинг мозга в реальном времени и контролируемая доставка лекарств

Хотя измерение электрической активности нейронов полезно во многих дисциплинах, создание долговечных нейроинтерфейсных имплантов для мозга с пренебрежимыми побочными эффектами оказалось сложной задачей. Теперь корейские ученые разработали гибкий многофункциональный нейроинтерфейс, который не только регистрирует локальную активность мозга в реальном времени, но и доставляет постоянный поток лекарств через инновационные микролидные каналы, снижая тканевые реакции на имплант. Их дизайн может найти широкое применение в нейронауке и невромедицине.

Возможность измерять электрическую активность мозга за последние десятилетия помогла нам гораздо лучше понять процессы, функции и болезни мозга. До сих пор большая часть этой активности измерялась через электроды, размещенные на черепной корке (электроэнцефалография, ЭЭГ); однако возможность получать сигналы непосредственно изнутри мозга (через нейроинтерфейсные устройства) во время повседневной жизни могла бы вывести нейронауку и невромедицину на принципиально новый уровень. Главный препятствием этому плану является то, что внедрение нейроинтерфейсов оказалось необычайно сложным.

Материалы, используемые в крошечных электродах, контактирующих с нейронами, а также во всех соединителях, должны быть гибкими, но достаточно прочными, чтобы выдерживать относительно агрессивную среду в организме. Предыдущие попытки создания долговечных нейроинтерфейсов сталкивались с трудностями, потому что естественные биологические реакции организма, такие как воспаление, со временем деградируют электрическую характеристику электродов. Но что, если бы у нас был практический способ локального введения противовоспалительных препаратов там, где электроды контактируют с мозгом?

Команда исследователей разработала новый многофункциональный нейроинтерфейс, который может одновременно регистрировать нейронную активность и доставлять жидкие лекарства в место имплантации. В отличие от существующих жестких устройств, их дизайн имеет гибкую 3D-структуру, в которой массив игольчатых электродов собирает множественные нейронные сигналы на области, в то время как тонкие металлические проводники переносят эти сигналы во внешнюю цепь. Одним из самых замечательных аспектов этого исследования является то, что путем стратегического наложения и микромеханической обработки множественных полимерных слоев ученым удалось включить микролидные каналы на плоскости, параллельной проводникам. Эти каналы соединены с небольшим резервуаром (содержащим вводимые препараты) и могут обеспечивать постоянный поток жидкости к игольчатым электродам.

Команда подтвердила свой подход через эксперименты с нейроинтерфейсом на живых крысах, за которым последовал анализ концентрации препарата в ткани вокруг игл.

Разработка долговечных многофункциональных нейроинтерфейсов имеет последствия во многих дисциплинах. "Наше устройство может подойти для мозгово-компьютерных интерфейсов, которые позволяют парализованным людям двигать роботизированные руки или ноги с помощью мыслей, и для лечения неврологических заболеваний с помощью электрической и/или химической стимуляции на протяжении лет", — сказала д-р Ю На Канг из Корейского института машиностроения и материалов.