Схуднення, посилення глибоких імплантатів мозку

Технічний дослідник штату Вірджинія Сяотінг Цзя тримає в руках мініатюрний нейронний пристрій, який не тільки реєстрував би сигнали мозку, але й стимулював нейронну активність.

Коли справа доходить до того, щоб встромити щось у свій мозок, як правило, краще менше.

Дослідник технології Virginia Xiaoting Jia та її команда знайшли новий спосіб зменшити розмір та збільшити провідність глибоких імплантатів мозку - потенційно розблокуючи нові методи лікування таких неврологічних захворювань, як хвороба Паркінсона. Цзя розробляє мініатюрний нейронний пристрій, який не тільки реєстрував би сигнали мозку, але й стимулював нейронну активність.

Як описано в дослідженні, опублікованому в Американському хімічному товаристві ACS Nano, Джіа, доцент кафедри електротехніки та обчислювальної техніки Бредлі, співпрацює з дослідниками з Вірджинійської технічної школи неврології та Массачусетського технологічного інституту для включення наноматеріалів - зокрема вуглецеві нановолокна - в глибокі імплантати мозку.

Використовуючи цей матеріал, команда Цзя змогла збільшити електропровідність нейронних імплантатів, одночасно зменшивши їх розмір.

Джіа порівнює скорочення з "зменшенням пристрою розміром з олівець на ширину людського волосся".

У дослідженні під назвою «Полімерний композит з вуглецевими нановолокнами, вирівняними під час термічного витягування як мікроелектрод для хронічних нейронних інтерфейсів», Джіа та її співавтори описують, як вони створили крихітні датчики електродів із композитів нановолокна з вуглецю та інтегрували їх у нейронні зонди, які мають розмір приблизно одного нейрона.

У міру розвитку технології датчики мікроелектродів дали дослідникам прямий канал для запису та впливу на мозкову діяльність. Наприклад, глибока стимуляція мозку застосовується для лікування багатьох неврологічних симптомів, що виводять з ладу, включаючи обсесивно-компульсивні розлади та хворобу Паркінсона.

Але у своїй нинішній формі мікроелектродні датчики, які можна імплантувати в мозок, є громіздкими і жорсткими, виготовлені з металу або кремнію. М'яку, тендітну тканину мозку легко пошкодити цими непоступливими пристроями, які можуть бути непридатними для тривалого імплантату.

Джіа та її колеги працюють над наступним поколінням нейронних мікроелектродних датчиків - що для Джіа означає міцні, гнучкі, біосумісні та дуже малі.

Для виготовлення крихітних нейронних зондів Джіа та її команда розпочали з версії зонда розміром з руки, яка називається макроскопічною заготовкою, яка містила нові електроди на основі вуглецю, а також кілька інших функцій.

Після ретельного нагрівання заготовки дослідники витягнули її з високої вежі (волокнистої вежі), яка втягує заготовку у довгу тонку нитку. Вони із задоволенням виявили, що під час теплового волочіння вуглецеві нановолокна вишикувалися вздовж всередині нитки.

"Це різко поліпшило електропровідність, але при цьому зберегло гнучкість та біосумісність", - сказала Джіа.

Самі зонди походять із тонких зрізів нитки в перерізі, які містять нанорозмірні версії оригінальних елементів.

Технологія, розроблена в цьому ключі, може "зробити нові прориви у галузі неврології", сказав Джіа. "І після подальших досліджень та тестувань клінічні програми можуть потенційно принести користь пацієнтам".

Прилади випробовуються в лабораторії професора Гаральда Зонтхаймера в Науково-дослідному інституті Вірджинії Тех Каріліон, де група вивчає стабільність та функціональність імплантатів в гіпокампі мозку мишей.

Сонтхаймер є директором Центру дослідницької біології гліальних тканин у галузі здоров'я, хвороб та раку Вірджинії в галузі технологій Carilion, а також виконавчим директором Школи нейронауки в Коледжі наук штату Вірджинія.

Разом із аспірантом Шань Цзяном дослідження ACS Nano було співавтором дослідників з:

Університет Тохоку (запрошений вчений Юаньюань Го)
Массачусетський технологічний інститут (професор Йоель Фінк та аспірант Бенджамін Грена)
Науково-дослідний інститут штату Вірджинія в галузі техніки (професор Гаральд Сонтхаймер, докторант Ян Кімбро та аспірантка Емілі Томпсон)