Ученые создали живой нейронный интерфейс для восстановления функции конечностей

Фото: Depositphotos

Исследователи из Кембриджского университета разработали биогибридное устройство, которое объединяет стволовые клетки человека с биоэлектроникой для создания более эффективного нейронного интерфейса, решая проблемы существующих нейротехнологий. Прорывное устройство может интегрироваться в ткани организма и было протестировано на крысах, пишет New Atlas.

Последние достижения в области имплантируемых нейротехнологий и клеточной терапии предлагают потенциальные решения для людей с повреждениями периферической нервной системы – нервов, расположенных за пределами головного и спинного мозга. Эти методы лечения направлены на восстановление функций парализованных или ампутированных конечностей путем взаимодействия с существующими нервными клетками или замены поврежденных клеток новыми.

Однако эти подходы имеют свои ограничения. Пересаженные нейроны могут с трудом устанавливать функциональные связи, что препятствует замене поврежденных клеток. Кроме того, для взаимодействия с электродами необходимы здоровые рабочие клетки, что затруднено из-за образования рубцовой ткани в местах повреждения. В существующих нейротехнологиях также отсутствует возможность взаимодействия с различными типами нейронов, отвечающих за выполнение различных функций.

В устройстве, которое разработали ученые из Кембриджа, используются индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) – взрослые клетки, которые были перепрограммированы в лаборатории, чтобы стать похожими на эмбриональные стволовые клетки. Исследователи использовали ИПСК для создания миоцитов – клеток, из которых состоят скелетные мышцы, расположив их в виде сетки на микроэлектродных решетках (МЭР), достаточно тонких, чтобы прикрепить их к нервному окончанию. Слой миоцитов располагался между электродами устройства и живой тканью.

Биогибридное устройство было имплантировано крысам для тестирования, при этом покрытая клетками сторона устройства была прикреплена к отрезанным локтевому и срединному нервам на передних лапах крыс. Эти нервы приблизительно соответствуют повреждениям нервов верхних конечностей человека и связанной с ними потерей тонких моторных и сенсорных функций. Это первый случай использования ИПСК в живых организмах таким образом.

По сравнению с контрольной группой, биогибридное устройство интегрировалось с телом крысы и предотвратило образование рубцовой ткани, а клетки, полученные из ИПСК, выжили в течение четырех недель после имплантации – это первый случай, когда клетки выжили после такого эксперимента.

По словам доктора Дамиано Бароне, соавтора исследования, клетки обеспечивают высокую степень контроля, поскольку исследователи могут управлять их поведением и наблюдать за ними на протяжении всего эксперимента. Клетки были размещены между электроникой и живой тканью, что позволило организму видеть только клетки, а не электроды, что предотвратило образование рубцовой ткани.

Исследователи проверили имплантированные нервы через четыре недели и наблюдали нормальное поведение нервов, что свидетельствует о здоровой нейронной физиологии. Хотя крысы не восстановили движения парализованной конечности, устройство могло обнаруживать сигналы, посылаемые мозгом для управления движением.

Это новое биогибридное устройство может помочь людям с ампутированными конечностями, решив проблему регенерации нейронов и восстановления повреждений нервной цепи, вызванных травмой или ампутацией.

Доктор Бароне объяснил, что если у человека ампутирована конечность, все сигналы в нервной системе сохраняются, даже несмотря на отсутствие физической конечности. Проблема заключается в извлечении информации из нерва и восстановлении функции конечности, которую, по мнению исследователей, их устройство может решить путем прямого взаимодействия с нейронами, контролирующими двигательную функцию.

Соавтор первого исследования Эми Рочфорд отметила, что это биогибридное устройство может произвести революцию во взаимодействии человека с технологиями, взаимодействуя с мозгом более естественным и интуитивным образом благодаря сочетанию живых человеческих клеток и биоэлектронных материалов. Использование выращенных в лаборатории стволовых клеток и малые размеры устройства также делают его легко масштабируемым и имплантируемым через замочную скважину, в отличие от стандартных нейронных имплантатов, не содержащих стволовых клеток.

Хотя устройство требует дальнейших исследований и всестороннего тестирования перед использованием человеком, оно представляет собой многообещающую разработку в области нейронных имплантатов. В настоящее время исследователи работают над оптимизацией и масштабированием устройства для дальнейшего использования. Доктор Алехандро Карнисер-Ломбарте, один из первых авторов исследования, выразил волнение по поводу потенциала этой технологии для открытия новых методов лечения для нуждающихся пациентов.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform