Нанотехнологии и лечение заболеваний мозга

Инженеры, работающие с биомедицинскими материалами в Мичиганском университете, с помощью нанотехнологий разработали покрытие для устанавливаемых в головной мозг имплантов, которое позволяет им дольше функционировать и может способствовать повышению эффективности терапии глухоты, паралича, слепоты, эпилепсии и болезни Паркинсона. В настоящее время импланты используются для лечения болезни Паркинсона, депрессии и эпилепсии.

Импланты этого и следующего поколений действуют двумя способами. Они либо стимулируют нейроны электрическими импульсами, которые перекрывают сигналы, поступающие к нейронам из разных отделов мозга, либо регистрируют сигналы, которые работающие нейроны направляют к неработающим отделам мозга, и обеспечивают прохождение этих сигналов по обходному пути. Со временем электроды, накладываемые на кожу или поверхность мозга, уступили место проникающим в мозг микроэлектродам, которые могут контактировать с отдельными нейронами, что позволит более точно контролировать сигналы.

Имплантированные микроэлектроды дают возможность парализованным людям с помощью мыслей управлять мышкой компьютера или передвижениями инвалидного кресла. Однако эффективность используемых в настоящее время микроэлектродов часто начинает уменьшаться уже через несколько месяцев после имплантации. В большинстве случаев доступные технологии не позволяют добиться большего в связи с реакцией тканей мозга на импланты. Использование новых материалов поможет увеличить срок службы имплантов до двух лет.

Новое покрытие состоит из трех компонентов, которые позволяют микроэлектродам более тесно взаимодействовать с головным мозгом. Первый компонент — особый электропроводящий нанополимер, называемый PEDOT; второй — натуральная гелеподобная оболочка алгинат–гидрогель; третий — биодеградирующие нановолокона, покрытые противовоспалительным препаратом с контролируемым высвобождением.

PEDOT – это покрытие, позволяющее электродам работать с меньшим электрическим сопротивлением по сравнению с используемыми в настоящее время моделями. Это означает, что они могут более четко взаимодействовать с отдельными нейронами. Алгинат–гидрогель, частично получаемый из морских водорослей, придает электродам механические свойства, более приближенные к свойствам тканей головного мозга, чем свойства используемых в настоящее время моделей. Это означает, что электроды с таким покрытием будут оказывать меньшее повреждающее действие на ткани мозга. Биодеградирующие нановолокна, покрытые противовоспалительным препаратом, противодействуют инкапсуляции электродов, которая развивается в качестве иммунного ответа на чужеродные материалы. Инкапсуляция – важная причина прекращения надлежащего функционирования электродов. Нановолокна позволяют предотвратить такую реакцию, поскольку они взаимодействуют с алгинат гидрогелем и обеспечивают контролируемое, длительное высвобождение противовоспалительного препарата в процессе своего разрушения.

По материалам журнала Advanced Functional Materials.