Нано-имплантат — чудо электроники

Сама идея чудо-прибора, внедренного в мозг или иную часть тела и исцеляющего от всего — начиная с нейродегенеративных расстройств и заканчивая параличом, как будто сошла со страниц научно-популярного романа. Звучит невероятно, но только не для сотрудников лаборатории Чарльза Либера.

Во главе с Либером, преподаватель-стажер по химии Марк Хайман в составе международной команды исследователей изобрел электронный нанокаркас, вводимый через иглу. Подключенный к внешним приборам, такой имплантат позволяет отслеживать нервную деятельность, стимулировать ткани и даже способствует нейронной регенерации. Так утверждается в статье Nature Nanotechnology от 8 июня.

«Я вижу за этим будущее. Открывается новая эра применения электроники в биологии. За последние 30 лет человечество сделало огромный шаг в микротехнологиях, что позволяет выпускать жесткие зонды всё меньших размеров, но еще никто биологически не применял электроприборы в клеточных исследованиях», — уверенно заявил Либер, руководящий факультетом инженерных и прикладных наук в Гарварде.

В ранее проделанных работах он со своими коллегами продемонстрировал возможность создания «кибернетических» тканей на примере сердечных и нервных клеток, выращенных при помощи внедренных нитей. Ученые уловили электрические импульсы, генерируемые полученными тканями, а также зафиксировали изменения в импульсах при применении кардио- или нейростимуляторов.

«Мы убедились в возможности создания некоего каркаса и выращивания клеток внутри него, но при этом не представляли, каким образом встроить все это в живую ткань. Для изучения мозга мало изобрести какой-либо датчик, его еще необходимо ввести в организм. Полученный нами каркас оказался практически незаметным и очень пластичным, как полимер. Он легко проходил через стеклянную трубку или пипетку. Все это навело нас на мысль ввести каркас через иглу шприца», — прокомментировал Либер.

Идея вживления электроники в мозг не нова — глубокая стимуляция применяется при лечении ряда заболеваний уже десятилетиями. Но нанокаркас действует совсем в другом масштабе.

«Существующие технологии вживления имплантатов примитивны и грубы по сравнению с устройством мозга. Независимо от своей основы — силикон или гибкие полимеры — они неизбежно вызывают воспаление, в результате чего возникает необходимость периодической стимуляции или их перемещения. Наши электро-инъекции имеют субклеточную структуру и в миллион раз пластичнее любого своего аналога, они практически неосязаемы. Я бы назвал и «нейрофилами» из-за стремления к взаимодействию с нейронами», — пояснил Либер.

Процесс изготовления такого каркаса по сути очень напоминает травление микроплаты. На растворимую основу наслаиваются нанонити вперемешку с биополимером. Затем внешний слой растворяется и остается пластичная сетка, которую можно набрать в шприц и ввести подобно обычной инъекции.

Введенный каркас поддерживает двустороннюю связь с обычными приборами диагностики, что позволяет с его помощью фиксировать и стимулировать нервную активность.

Следующим шагом в работе ученых станет изучение реакции организма на такие электронные инъекции в течении более длительного срока.

Отдел развития технологий Гарварда уже запросил временный патент и в настоящий момент активно привлекает коммерческих партнеров.

По словам профессора, ничего подобного ранее не применялось в нейробиологии или медицине в целом, что открывает широкие перспективы использования разработки.

«На мой взгляд сама возможность точно установить в нужных местах или даже в отдельных нейронах контрольный прибор для длительных наблюдений даст огромный толчок нейробиологии», — отметил в заключении он.