Новый биоразлагаемый имплантат ускорит восстановление повреждённых нервов

Регулярная электрическая стимуляция помогает восстановить нервную функцию и вернуть мышечный тонус намного быстрее, чем традиционные методы реабилитации.

Фото Northwestern University.

Имплантат может работать до двух недель, пока не произойдёт его полная биодеградация.

Фото Northwestern University.

Эксперименты показали, что имплантат полностью растворяется в организме, не порождая каких-либо отрицательных побочных эффектов.

Фото Matthew MacEwan/Mike Worful.

Автомобильные аварии, спортивные травмы и даже постоянная работа за компьютером – всё это факторы риска повреждения периферических нервов. В результате у людей может наблюдаться онемение, покалывание и слабость в пальцах, руках или ногах.

На восстановление нервов порой уходит довольного много времени, до нескольких месяцев, в зависимости от серьёзности повреждения.

Однако американские исследователи из Северо-Западного университета и Вашингтонского университета в Сент-Луисе уверены, что их разработка поможет ускорить этот процесс.

Команда представила новое имплантируемое биоразлагаемое устройство, которое обеспечивает регулярную подачу электрических импульсов в повреждённые периферические нервы. Подобная стимуляция помогает восстановить нервную функцию и вернуть мышечный тонус намного быстрее, чем традиционные методы реабилитации, заявляют разработчики.

Поясним, что в основном пациентам с повреждением периферических нервов назначается физиотерапия в сочетании с болеутоляющими средствами. В более серьёзных случаях может потребоваться хирургическое вмешательство. Собственно, электростимуляция повреждённых нервов проводится в ходе операций.

"Мы знаем, что электрическая стимуляция во время операции помогает, но как только операция окончена, возможность вмешательства пропадает. С помощью [нового] устройства мы показали, что электрическая стимуляция, предоставляемая на регулярной основе, может ещё больше улучшить восстановление нервов", — рассказывает один из ведущих авторов работы, специалист в области биомедицинской инженерии и ортопедической хирургии Уилсон Рэй (Wilson Ray).

Известно, что периферические нервы (в отличие от цепей нейронов головного и спинного мозга), которые расположены в руках, ногах и торсе человека, могут восстанавливаться после травмы. Электрическая стимуляция способствует высвобождению так называемых белков роста, которые действуют словно допинг для нервных клеток и помогают им быстрее восстанавливаться.

Основная проблема заключалась в том, что у медиков не было возможности отправлять электрические сигналы на постоянной основе.

Новое же устройство решает эту задачу. Оно представляет собой миниатюрный беспроводной имплантат: его диаметр не больше монеты, а толщина сравнима с листом бумаги. Он может работать до двух недель, пока не произойдёт полная биодеградация элементов и субстрата (подложки).

Гибкое устройство в ходе операции оборачивается вокруг повреждённого нерва и обеспечивает регулярную передачу электрических импульсов. Их частоту можно настроить. Подпитывает имплантат беспроводной передатчик, который располагается вне тела пациента и действует так же, как "зарядный коврик" для смартфона.

Имплантат может работать до двух недель, пока не произойдёт его полная биодеградация.

Чтобы проверить "активную терапевтическую функцию" своего имплантата, авторы работы провели испытания на крысах. У грызунов были повреждены седалищные нервы, которые посылают сигналы вверх и вниз по нижним конечностям и контролируют движения подколенных сухожилий и некоторых мышц.

Все подопытные грызуны получали стимуляцию в течение одного часа в сутки. У первой группы крыс такая терапия длилась один день, у второй – три, а у третьей – шесть дней. Четвёртая группа была контрольной и стимуляцию не получала.

Затем в течение десяти недель учёные наблюдали за восстановлением животных. Оказалось, что даже один день стимуляции улучшил состояние грызунов: по сравнению с сородичами из контрольной группы их реабилитация проходила быстрее. У крыс с более длительной терапией седалищные нервы восстанавливались ещё быстрее и эффективнее: у них наблюдались хорошие темпы роста мышечной массы и возрастала мышечная сила.

Эксперименты также продемонстрировали, что имплантат полностью реабсорбируется в организме без каких-либо отрицательных побочных эффектов. На фото ниже показан процесс биодеградации устройства в растворе, который имитирует физиологические жидкости организма.

Эксперименты показали, что имплантат полностью растворяется в организме, не порождая каких-либо отрицательных побочных эффектов.

"Прежде чем мы провели это исследование, мы не были уверены, что продолжительная стимуляция изменит ситуацию, а теперь, когда мы знаем, что это так, мы можем начать искать идеальные временные рамки для максимального восстановления, — говорит Рэй. — Если бы мы продлили электрическую стимуляцию до 12 дней, было бы больше терапевтической выгоды? Может быть. Мы сейчас это изучаем".

Авторы разработки отмечают, что могут изменять состав материалов и толщину имплантата, а также настраивать точное количество дней, в течение которых пациент должен получать стимуляцию. Сейчас исследователи работают над созданием различных версий устройства и хотят продлить срок его службы до нескольких недель.

"Это ещё не терапевтический вариант, так как он не был протестирован на людях. Но я в восторге, потому что это новый подход к лечению травм периферических нервов, и он может предложить решение для той клинической области, где на сегодняшний день нет ни одного решения", — заключает Рэй.

Специалисты полагают, что в будущем такие методы восстановления смогут либо дополнять стандартное лечение, либо даже заменять его, снижая риск возникновения побочных эффектов или отторжения неразлагаемых имплантатов и не требуя дополнительных вмешательств по удалению устройства.

Более того, разработка пригодится для реабилитации пациентов с другими повреждениями. К примеру, разные версии имплантата могут работать как временный кардиостимулятор, использоваться для стимуляции спинного мозга или любого другого участка тела.

Научная статья с более подробным описанием нового устройства опубликована в журнале Nature Medicine.

Добавим, что ранее электростимуляция блуждающего нерва пробудила сознание у человека, который провёл 15 лет в вегетативном состоянии. Тем временем российские биологи научились восстанавливать повреждённые нервы с помощью генной терапии.

Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об имплантатах, которые позволяют парализованным пациентам вновь почувствовать прикосновение и помогают контролировать давление.