Заболевания попробуют лечить уколами, вводящими электронику в тело человека

Учёные успешно развернули электронную сетку в мозгу лабораторной мыши
(иллюстрация Lieber Research Group, Harvard University).

Новая разработка американских учёных, кажется, сошла со страниц научно-фантастического произведения. Планируется, что электронные устройства, которые могут быть введены непосредственно в мозг (или в любую другую часть тела), излечат практически все заболевания – от нейродегенеративных расстройств до паралича.

Специалисты из Гарвардского университета в рамках международной коллаборации создали крошечные электронные каркасы-сетки и датчики, которые могут быть введены в мозг с помощью иглы для подкожных инъекций.

Оттуда устройство начнёт своё фантастическое путешествие. Учёные надеются, что в итоге оно сможет разрушить опухоль, восстановить повреждённый спинной мозг, стимулировать регенерацию нейронов, осуществить мониторинг нейронной активности и даже подключиться к мозгу в качестве искусственного синапса.

Сетка и датчики на деле настолько маленькие и гибкие, что не вызывают никаких повреждений окружающих мозг тканей, а именно это часто является негативным последствием хирургических процедур, выполняемых с помощью скальпеля, иглы или датчиков другого типа.

"Это устройство может стать новым словом в деле долгосрочных мозговых имплантатов, – считает профессор химии и ведущий автор исследования Чарльз Либер (Charles Lieber). –Электронная сетка способна взаимодействовать с тканями организма и при этом не вызывать его негативной реакции".

По его словам, прочность и гибкость электронной сетки в 4-6 раз превышает аналогичные параметры современной электроники. Сквозь неё могут даже проходить клетки, поэтому она не должна провоцировать реакцию иммунной системы организма.

Сеть выполнена из полимерного материала со встроенной электроникой. После того как устройство площадью в несколько сантиметров было развёрнуто в мозге лабораторных мышей, учёные смогли контролировать электронные сигналы их мозга.

Устройство состояло из 16 элементов и было внедрено в две области мозга грызунов под анестезией. После пяти недель функционирования учёные не зарегистрировали какого-либо иммунного ответа.

"Этот эксперимент стал удивительной частью нашей работы, – делится Чжэньань Бао (Zhenan Bao), профессор химической инженерии из Стэнфордского университета, также принимавший участие в разработках. – Главная проблема имплантируемых устройств заключается в том, что процедура имплантации может быть очень инвазивной. Этот метод позволяет имплантировать электронику просто и почти безболезненно. Полагаю, что метод найдёт применение не только в медицине, но и в ряде других приложений, в которых необходимо куда-то встроить тонкий электронный пласт".

В дальнейшем учёные хотят внедрить в мозг грызунов более крупные устройства из сотен составляющих частей и ряда датчиков. Мышей попробуют вернуть в сознание, чтобы проследить за работой электронных сеток в этом случае. Контролировать деятельность имплантатов будут либо через беспроводную сеть, либо закрепив головы животных в неподвижном положении. Кроме того, исследователи надеются вживить устройство в мозг новорождённого грызуна и посмотреть, как будут развиваться события в этом случае.

Разработчики утверждают, что их система в будущем может быть использована для доставки жизнеспособных стволовых клеток, которые помогут восстановить повреждённые участки мозга. Также Либер планирует подобным способом имплантировать многофункциональные электронные устройства.

"Я чувствую, что у изобретения есть потенциал стать революционным, – говорит Либер. – Оно открывает нам совершенно новые горизонты, даёт возможность исследовать взаимодействие между электронными структурами и биологией. За последние тридцать лет люди существенно продвинулись в способах изготовления микроустройств, что позволило нам делать жёсткие зонды всё меньше и меньше, но вся имплантируемая электроника сталкивалась с иммунными реакциями и рядом других проблем, а нам удалось справиться с ними".

Неврологи до сих пор не понимают до конца, каким образом деятельность отдельных клеток головного мозга приводит к сложным познавательным способностям, например, к эмоциям и восприятию. Возможно, именно с помощью этой технологии учёные смогут найти ответ, в частности, отслеживая в течение длительного времени деятельность отдельного нейрона, а также наблюдая за перемещениями клеток.

Однако прежде, чем эксперимент возможно будет осуществить не на лабораторных мышах, а на людях, пройдёт ещё несколько лет. В данный момент управление развития технологий при Гарвардском университете подало предварительный патент на технологию и уже активно ищет возможности для коммерциализации методики.

Научная статья с результатами работы была опубликована в издании Nature Nanotechnology.