Электроды, вводимые в мозг, сегодня используются в исследованиях и для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона. Однако их использование было ограничено их размером. В Лундском университете в Швеции исследователям впервые удалось имплантировать ультратонкий электрод на основе нанопроволоки и улавливать сигналы от нервных клеток в головном мозге лабораторного животного.
Исследователи работают в Центре исследований нейронано Университета Лунда в междисциплинарном сотрудничестве между экспертами в таких областях, как нейрофизиология, биоматериалы, электрические измерения и нанотехнологии. Их электрод состоит из группы нанопроволок, каждая из которых имеет диаметр всего 200 нанометров (миллиардных долей метра).
Такие тонкие электроды ранее использовались только в экспериментах с культурами клеток.
"Провести эксперименты на живом животном намного сложнее. Мы рады, что нам удалось разработать работающий наноэлектрод, установить его на место и улавливать сигналы от нервных клеток", говорит профессор Йенс Шуэнборг, глава Исследовательского центра нейронано.
Он видит в этом настоящий прорыв, но также как шаг на пути к успеху. Исследовательская группа уже несколько лет работает над разработкой электродов, которые будут достаточно тонкими и гибкими, чтобы не беспокоить ткань мозга, и с материалом, который не раздражает соседние клетки. Теперь у них есть первые доказательства того, что можно получать полезные нервные сигналы от электродов нанометрового размера.
Теперь исследования пойдут по нескольким направлениям. Исследователи хотят попытаться уменьшить размер основания, к которому прикреплены нанопроволоки, улучшить связь между электродом и электроникой, принимающей сигналы от нервных клеток, и поэкспериментировать со структурой поверхности электродов, чтобы увидеть, что производит лучшие сигналы без повреждения клеток мозга.
"В будущем мы надеемся, что сможем изготавливать электроды с наноструктурированными поверхностями, которые будут адаптированы к различным частям нервных клеток – частям размером не более нескольких миллиардных долей метра. Затем мы могли бы адаптировать каждый электрод в зависимости от того, где он будет размещаться и какие сигналы он должен улавливать или излучать", говорит Йенс Шуэнборг.
Когда электрод вставляется в мозг пациента или лабораторного животного, он обычно прикрепляется к черепу. Это означает, что он не движется плавно с мозгом, который плавает внутри черепа, а скорее трется об окружающие ткани, что в долгосрочной перспективе приводит к ухудшению сигналов. Вместо этого электроды группы Лунда будут закреплены за счет их поверхностной структуры.
"С правильным рисунком на поверхности они будут оставаться на месте, но при этом двигаться вместе с телом – и мозгом – тем самым открываясь для долгосрочного мониторинга нейронов", объясняет Йенс Шуэнборг.
Он высоко оценивает сотрудничество между медиками, физиками и другими специалистами Нейронано-исследовательского центра и упоминает физика Дмитрия Б. Суятин в частности. Он является основным автором статьи, которую исследователи опубликовали в международном журнале PLOS ONE.
Общая цель Исследовательского центра Neuronano – разработать электроды, которые можно вставить в мозг для изучения обучения, боли и других механизмов, а в долгосрочной перспективе – для лечения таких состояний, как хроническая боль, депрессия и болезнь Паркинсона.