Российские ученые из Сколтеха, Института цитологии и генетики СО РАН и других центров нашли способ управлять дыханием и сердцебиением мыши без операции — с помощью беспроводной стимуляции блуждающего нерва. Как сообщила пресс-служба Сколтеха порталу Наука Mail, для этого использовали нетоксичные магнитные микрочастицы: они работали как крошечные электроды прямо в нервной ткани.
Сейчас для лечения тяжелых неврологических болезней (например, болезни Паркинсона или устойчивой к лекарствам эпилепсии) иногда ставят электроды в мозг хирургическим путем. Это делают, когда обычные лекарства не помогают. Такой метод тоже изучают для борьбы с деменцией, хронической болью и другими расстройствами. Новый подход с микрочастицами может стать менее травматичной альтернативой этим операциям. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Functional Materials при поддержке гранта РНФ.
Несмотря на очевидную пользу, когда держишь такой электрод в руке и тем более когда смотришь на снимок мозга пациента с пятисантиметровым куском металла внутри, невольно задумываешься, нельзя ли обойтись чем-то менее инвазивным. Мы работаем над тем, чтобы заменить электроды биосовместимыми микрочастицами размером с отдельный нейрон, которые можно было бы вводить инъекцией. Да, инъекция в мозг — это все еще инвазивное вмешательство, но куда менее травматичное. А если нам удастся сделать эти частицы примерно в 10 раз меньше, станет возможной усиленная назальная доставка.
Ученые разработали особые микрочастицы для стимуляции нервов — они безопаснее прежних аналогов, потому что не содержат токсичных металлов вроде кобальта или никеля. Частицы сделаны из биоразлагаемого полимера (полилактида) и похожи на маленькие хоккейные шайбы молочно‑белого цвета. Внутри — крошечные стержни из оксида железа.
При изготовлении частицы застывают в лунках под действием магнитного поля: оно выстраивает стержни в одном направлении — это важно для работы. Потом частицу нужно доставить к нужному нерву. В эксперименте ее подводили к блуждающему нерву мыши хирургически, но в будущем планируют использовать менее травматичные способы — например, инъекции или назальную доставку.
Работает система так: переменное магнитное поле заставляет стержни давить на полимер, а он, в свою очередь, вырабатывает электрический ток. Этот ток создает импульсы, которые могут активировать нейроны. В опыте такие импульсы меняли дыхание и частоту сердцебиения мыши.
Это первый эксперимент на животной модели, демонстрирующий, что нетоксичные магнитные микрочастицы способны модулировать эти непроизвольные процессы. В ходе эксперимента мы наблюдали учащение дыхания и замедление сердечного ритма после превышения порога активации. Тот же подход пригоден для дистанционной активации нервных путей вообще. В этом году мы планируем начать моделировать на мышах конкретные заболевания и травмы, в том числе контузию.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что шведские исследователи успешно пересадили нейроны в мозг пациентов.