Вырастить электроды внутри тела
Ученые из университета Линчепинга в Швеции разработали метод, с помощью которого организм может "выращивать собственные" электроды. Минимально инвазивный метод включает в себя введение гидрогеля, насыщенного ферментами, в целевые ткани. Ферменты взаимодействуют с молекулами, присутствующими в ткани, изменяя структуру геля и позволяя ему стать электропроводящим. Этот подход может способствовать созданию различных передовых медицинских систем, от кардиостимуляторов до интерфейсов мозг-компьютер. Интересно, что технология позволяет избежать необходимости инвазивной хирургии или использования обычных жестких электрических компонентов, которые плохо сочетаются с родными тканями и могут провоцировать нежелательные иммунные реакции. На данный момент исследователи показали, что они могут выращивать электроды в мозге, сердце и хвостовых плавниках рыбки данио-рерио, а также рядом с нейронной системой пиявок.
Описание исследования было опубликовано в журнале Science.
Интеграция тела с электрическими компонентами в медицинских целях уже идет полным ходом. Современные версии систем интерфейса мозг-компьютер позволяют парализованным пациентам писать текст или управлять электрическим инвалидным креслом. Однако точкой сопряжения между телом и внешними машинами обычно является имплантированный электрод, и современные версии таких устройств могут иметь множество недостатков.
Большинство электродов в основном жесткие, что не позволяет им хорошо сочетаться с мягкими тканями, потенциально приводя к их раздражению или повреждению, иммунным реакциям и, в конечном итоге, неисправности или полному отказу электрода. Кроме того, имплантация таких электродов, как правило, требует хирургического вмешательства, что увеличивает расходы, неудобства и дискомфорт пациента.
Для решения этих проблем исследователи из университета Линчепинга разработали инъекционный материал, который в организме превращается в проводящий элемент. Инъекционный гидрогель содержит коктейль из ферментов, которые взаимодействуют с молекулами, присутствующими в организме, создавая проводящую структуру.
Как написано в аннотации к исследованию, он представляет собой "сложную систему прекурсоров, включающую оксидазу для генерации перекиси водорода in situ, пероксидазу для катализа окислительной полимеризации, водорастворимый конъюгированный мономер, полиэлектролит для ковалентного сшивания и поверхностно-активное вещество для стабилизации. С помощью этого коктейля авторы смогли вызвать полимеризацию и последующее гелеобразование в различных тканевых средах".
На данный момент исследователи показали, что материал может создавать электропроводящие структуры у животных, включая данио-рерио и пиявок, не вызывая никаких очевидных негативных последствий. "Внося разумные изменения в химический состав, мы смогли разработать электроды, которые были приняты тканями мозга и иммунной системой. Рыбка данио-рерио — это отличная модель для изучения органических электродов в мозге", — сказал профессор Роджер Олссон, один из ученых, участвовавших в исследовании.
