- 552
- 0
Передовые российские разработки неврологии: нейропротезы и диагностика поражений
Важной задачей, которой занимаются ученые в области нейропротезирования, является разработка электродов для протезов с оптимальными механическими, электрическими и биологическими свойствами. Перспективными для решения этой задачи считаются углеродные наноматериалы (в том числе углеродные нанотрубки (УНТ), нановолокна (УНВ) и графен), обладающие нужными ключевыми характеристиками.
Российские ученые разработали новую схему производства мягких нейронных имплантатов с электродами на основе углеродных нанотрубок
Разработку осуществили ученые СПбГУ вместе с исследователями из университета «Сириус», Института физиологии имени И.П. Павлова РАН и других российских вузов. Подробности работы опубликованы в журнале Composite Part B: Engineering.
Ранее исследователи под руководством профессора Павла Мусиенко, д. м. н., профессора, заведующего лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ и профессора Ивана Минева из Университета Шеффилда создали уникальный эластический электропроводящий композит на основе силикона и углеродных нанотрубок, без применения металлов.
Новые нейронные имплантаты не содержат металлов, растяжимы и обладают высоким уровнем биосовместимости. Предложенная технология относительно экономична и проста, позволяет получать материал с высоким уровнем гибкости, биосовместимости и функциональности. Ученые уже доказали, что новые импланты эффективны для мониторинга и стимуляции активности нейронов в спинном мозге млекопитающих.
Как отметил Павел Мусиенко, в разработанном композитном материале нанотрубки находятся в «связанном» состоянии, поэтому не вызывают нежелательных побочных реакций в виде повреждения тканей или аутоиммунной реакции организма.
В результате ряда экспериментов ученые выявили, что электрическая стимуляция спинного мозга с его использованием эффективно активировала двигательные способности у парализованных лабораторных животных. Также нейропротез успешно показал себя в мониторинге активности спинномозговых нейрональных путей и продемонстрировал возможность контролировать работу спинальных нейронов.
«Мы также протестировали нейропротезы на основе УНТ в особенно сложных биологических условиях, в которых механические свойства материала должны быть максимально приближены к таковым у нервной ткани. Обычные металлические электроды невозможно использовать в подобных условиях. Это может привести к механическому повреждению нервной ткани, кровотечению и нарушению физиологических функций, — подчеркнул Павел Мусиенко. — Благодаря мягкости и высокой эластичности нашего имплантата удалось разместить его в непосредственной близости от спинномозговых нейронов под твердой мозговой оболочкой. Это открывает новые возможности более селективной нейромодуляции и регистрации спинальных потенциалов».
Но, хотя испытания на биосовместимость показали хорошие результаты, необходимы дальнейшие исследования с более длительным применением нейроимплантатов.
По словам ученого, представленный метод получения нейронных протезов с электродами на основе УНТ прост, экономичен и основан на традиционных технологиях изготовления. Этот факт вместе с результатами исследования делает технологию перспективной для массового производства имплантируемой электроники.
В работе также приняли участие исследователи из Научного центра неврологии (Москва), Тамбовского государственного технического университета, Федерального центра нейрохирургии (Тюмень), Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, Российского университета дружбы народов (Москва), Научно-исследовательского института медицинской приматологии (Сочи), Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (Москва), Московского физико-технического института.
Сегодня нейропротезы в клинической практике получают все большее распространение. Их используют для восстановления сетчатки, слуховых функций, сенсомоторной активности и произвольного контроля движений.
По словам Павла Евгеньевича Мусиенко из Института трансляционной биомедицины СПбГУ, из-за сложности интеграции УНТ и УНВ в микросхемы гибкие электроды на основе углеродных наноматериалов пока не получили широкого распространения. Переломить эту тенденцию и призвана новая разработка.
Ученые Саратовского государственного университета (СГУ) имени Н.Г. Чернышевского открыли новый безболезненный метод диагностики поражения нервной системы при сахарном диабете
Он позволит улучшить лечение этой болезни и существенно упростит жизнь пациентам и врачам.
Ученые предложили отслеживать патологию нервов при диабетической нейропатии с помощью инфракрасной визуализации активности потовых желез. Такой способ является безболезненным и простым, и вполне может прийти на смену используемой сегодня электронейромиографии (ЭНМГ), от которой у пациентов бывают побочные эффекты. Метод основан на том, что активностью потовых желез управляют симпатические нервные волокна.
Для диагностики используется визуализация тепловых полей на поверхности тела или термограмма. Если активность слабая, потоотделение снижается, а значит, нерв в этом месте поражен. О нормальной работе нервных волокон свидетельствует появление капель пота на коже. Испаряясь, они охлаждают микроучастки тела. На термограмме это проявляется в виде темных пятен на месте каждой железы. О неполадках в работе нервного волокна говорит отсутствие изменений на инфракрасном изображении нет или их фрагментарность.Как пояснил доцент кафедры медицинской физики СГУ Андрей Сагайдачный, таким же образом можно отследить время активности каждой железы, поскольку оно кодируется цветом.
«Для оформления результатов мы используем метод математической обработки термограмм, который называется интегральным картированием. Он заключается в накоплении и отображении всех полученных данных во время диагностики в одном кадре. Так создается детальное изображение функционирующих потовых желез человека на протяжении пяти минут», — рассказал ученый.
Он также назвал преимущества метода инфракрасной визуализации активности потовых желез – абсолютное отсутствие безболезненных ощущений и какого-либо вреда. Это особенно важно, поскольку от используемой сегодня электростимуляции для диагностики нейропатии у пациентов могут быть раздражения, а электродные иглы часто заставляют их чувствовать боль и дискомфорт.
Сообщается, что в дальнейших планах ученых – находить опухоли внутри организма по методу интегрального картирования динамических инфракрасных термограмм, который позволит отображать места их расположения на поверхности кожи.
Подробности исследования опубликованы в научном журнале Journal of Thermal Biology. Работа ученых вошла в Президентскую программу исследовательских проектов Российского Научного Фонда и в стратегический проект СГУ «Технологии персонализированной медицины» в рамках программы «Приоритет-2030».
Источники:
