Заболевания попробуют лечить уколами, вводящими электронику в тело человека

Учёные успешно развернули электронную сетку в мозгу лабораторной мыши

(иллюстрация Lieber Research Group, Harvard University).

Инъекция электронного имплантата будет проводиться через металлическую иглу

(фото Lieber Research Group, Harvard University).

Изображение, демонстрирующие, как электронная сетка "впрыскивается" в водный раствор из тонкой стеклянной иглы

(фото Lieber Research Group, Harvard University).

Трёхмерная конфокальная микроскопия электронной сетки, введённой в боковой желудочек. Можно увидеть интеграцию с нервной тканью, а также миграцию нервных клеток-предшественников к сетке внутри полости

(фото 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.

Изображение, демонстрирующие, как электронная сетка "впрыскивается" в водный раствор из тонкой стеклянной иглы
(фото Lieber Research Group, Harvard University).

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.

Трёхмерная конфокальная микроскопия электронной сетки, введённой в боковой желудочек. Можно увидеть интеграцию с нервной тканью, а также миграцию нервных клеток-предшественников к сетке внутри полости
(фото Lieber Research Group, Harvard University).

"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.