Китайские исследователи представили удивительную разработку в области биосенсоров — «Нейрочервя» (NeuroWorm). Это мягкое и эластичное микроволокно, которое можно имплантировать в мышцы и мозг для мониторинга физиологических процессов на протяжении многих месяцев. Ученых вдохновила природа, а именно дождевые черви, чье сегментированное и гибкое тело позволяет им легко перемещаться в окружающей среде.
Новшество технологии состоит в том, что процесс изготовления нового подвижного сенсора прост и эффективен. На плоскую эластичную подложку наносятся электроды, затем она особым образом скручивается. Этот процесс герметично «прячет» внутренние компоненты устройства. Таким образом NeuroWarm может растягиваться, но не терять своих функций.
Получающийся микроскопический «червь» диаметром около 200 микрометров может нести более 60 отдельных электродов для регистрации электрической активности мышц. В него встроен датчик механической деформации.
Китайские инженеры протестировали «нейрочервя» и выяснили, что такой имплантат будет работать в организме беспрецедентно долго. NeuroWarm был успешно имплантирован в мышцы крысы через микроскопический разрез шириной менее 200 мкм и непрерывно собирал сигналы в течение 8 месяцев.
Наука Mail попросила российского эксперта прокомментировать разработку китайских коллег:
Использование современных инвазивных электродов сталкивается с такими трудностями, как позиционирование и долговечность. В представленном «электроде-черве» наличие дополнительно установленного магниточувствительного элемента позволяет бесконтактно позиционировать электрод с помощью магнитного поля прямо внутри, например, головного мозга. Это обеспечивает относительную легкость расположения электрода возле участков мозга со сложной сосудистой структурой.
Через 13 месяцев после внедрения «нейрочервя» в организм животного вокруг него образовался нарост биологических тканей толщиной всего около 23 мкм. При этом не было никаких признаков воспаления. Это, по словам ученых Китая, свидетельствует о выдающейся биосовместимости устройства. Для сравнения, вокруг жесткого стального электрода того же диаметра, что и «нейрочервь», в организме крысы образовался фиброзный слой толщиной более 451 мкм, то есть его толщина была почти в 20 раз больше.
Поясним, что проблема фиброза и отторжения — это ахиллесова пята имплантатов, которые должны проработать в организме долгое время.
Если в ходе дальнейших исследований сторонними группами ученых данные китайских биоинженеров подтвердятся, то подход с мягким самосворачивающимся волокном, вызывающим минимальную иммунную реакцию, откроет новую эру в создании стабильных интерфейсов «мозг-компьютер» и «мышца-компьютер».
Кроме того, возможность регистрировать сигналы со множества точек вдоль одного волокна является огромным шагом вперед по сравнению с существующими электродами.
Также «нейрочервь» может исследовать не только периферию нервной системы. NeuroWorm с внедренным в него магнитным датчиком сможет управляемо «путешествовать» по мозгу под действием внешнего магнитного поля. Это означает, что ученые смогут впустить его в череп через небольшое отверстие в костной ткани и затем заставить «ползти», обходя кровеносные сосуды и достигая нужных зон мозга для записи сигналов.
В работе хорошо показана возможность регистрации электрической активности с помощью «электрода-червя» как в мышцах, так и в нервной ткани. Однако возможность стимуляции с помощью «электрода-червя» не была раскрыта. Это вызывает интерес, так как в современном нейропротезировании и нейрофизилогии важны как возможности считывания, так и стимуляции электрической активности.
Также Дмитрий пояснил, что если «электрод-червь» будет иметь такую функцию, то он, бесспорно, найдет широкое применение во многих медицинских приложениях, как, например, реабилитационная терапия, борьба с болезнью Паркинсона, восстановление после спинно-мозговых травм и сенсорное очувствление протезов конечностей.
Статья авторов разработки вышла в журнале Nature. Ранее мы рассказывали о создании биоразлагаемых электродов, датчиках-волосках и нейроинтерфейсе на квантовых точках.
