Ученые разрабатывают вживляемые системы биомедицинской электроники, которые занимают мало пространства, не требуют батарей и при необходимости могут безвредно раствориться, - пишет sciencemag.org. Об этом сообщалось на Заседании общества по исследованию материалов.
Вживленная электроника может укрепить сердце, успокоить тремор и залечить раны, но, как правило, за внушительную сумму. Эти машины часто представляют из себя большие неудобные приспособления с батареями и проводами, которые могут быть имплантированы только с помощью хирургического вмешательства и иногда нуждаются в замене. Однако ситуация меняется.
«В этой сфере происходят огромные скачки в технологиях», - говорит Шерванти Гомер-Ванниасинкам - биомедицинский инженер Лондонского университетского колледжа. Эти достижения упрощают биоэлектронику и могут расширить ее использование. «Если вы сможете использовать это, вы предложите новый подход к медицине, помимо фармацевтического, - говорит Бернхард Вольфрум - эксперт по нейроэлектронике в Техническом университете Мюнхена в Германии. – Много людей сейчас двигаются в этом направлении».
Одним из них является Джон Роджерс - специалист по материалам из Северо-западного университета в Эванстоне (штат Иллинойс). Он пытается улучшить существующее устройство, которое хирурги используют для стимулирования заживления поврежденных периферических нервов у травмированных пациентов. Во время операции врачи сшивают разорванные нервы, а затем по обе стороны швов помещают электроды, обеспечивая мягкую электрическую стимуляцию. Но поскольку хирурги стремятся зашить раны как можно скорее, чтобы предотвратить инфекцию, они обычно обеспечивают эту стимуляцию только в течение часа или меньше.
Роджерс и его сотрудники задавались вопросом, могут ли они расширить лечение, используя мягкие, гибкие, растворимые электронные материалы, которые они разработали несколько лет назад. Они использовали смесь металлов, полупроводников и полимеров для изготовления простой катушки с двумя электродами. Катушка была разработана, чтобы действовать как антенна, собирая радиочастотные импульсы, передаваемые по беспроводной связи извне тела, и преобразовывая их в мягкие электрические импульсы. Роджерс и его команда имплантировали устройства 25 крысам, с перерезанным седалищным нервом на одной из задних ног и стимулировали нервные окончания 1 час в день в течение 6 дней.
В статье, посвященной этому исследованию, в журнале Nature Medicine сообщалось, что стимуляция ускорила заживление нерва примерно на 50% по сравнению с животными, которые не получали стимуляции, либо получали ее, но один или несколько дней. Важно также, что не нужно было вновь открывать раны, чтобы удалить гаджеты. Материалы растворились и были выделены. «После 21 дня устройство полностью исчезло, и, по-видимому, не несло отрицательного воздействия» в результате разрушения, говорит Роджерс.
«Нет сомнений, что у этого устройства есть потенциальное клиническое применение», - говорит Гомер-Ванниасинкам. Тем не менее, она отмечает, что до того, как рассасывающаяся электроника будет имплантирована людям, исследователям необходимо подтвердить, что все материалы безопасно разлагаются.
Сюдун Ван - эксперт по биоэлектронике в Университете Висконсина в Мэдисоне - разрабатывает миниатюрные беспроводные устройства, использующие технологию, впервые примененную другими учеными для преобразования движения тела в электрический ток. В одном исследовании описан генератор размером с кончик пальца, который доставлял поток крошечных электрических импульсов к ранам для ускорения заживления кожи крыс. И на Заседании Ван описал похожие генераторы, которые имитируют коммерчески доступные имплантированные электроды, предназначенные для того, чтобы помочь пациентам с ожирением похудеть.
Эти устройства стимулируют ветвь блуждающего нерва, которая проходит от толстой кишки и желудка к стволу мозга, помогая передавать сигналы сытости после еды. Доступные устройства имеют размер кардиостимулятора и содержат батареи, которые часто нуждаются в замене, что требует повторных операций. Ван и его коллеги хотели узнать, сможет ли их гораздо меньшее устройство, не требующее батарей, выполнять ту же работу.
Они имплантировали свое устройство на наружную стенку желудка крысы, поэтому движения органа во время еды приводили в действие генератор. На встрече Ван сообщил, что животные с генератором ели в обычное время, но меньше, чем контрольные животные. Крысы потеряли 38% своего веса за 18 дней, после чего их вес стабилизировался.
Джейкоб Робинсон - физик-прикладник из Университета Райса в Хьюстоне (штат Техас) - еще больше уменьшил имплантируемый стимулятор - он размером с рисовое зерно. Он питается не от движения, а от импульсов магнитного поля, поступающих извне, и предназначен для того, чтобы заменить большие стимуляторы мозга на батарейках, используемые для контроля тремора у некоторых пациентов с болезнью Паркинсона. Крысам с вариантом заболевания Робинсон имплантировал маленькое устройство в субталамическое ядро - ту же область мозга, на которую обычно нацелены более крупные электронные устройства. Тремор у животных исчез, и их движения стали нормальными.
«Это очень обнадеживает», - говорит Роджерс. Ученые могут использовать усовершенствованные устройства в тех областях, где уже применяется имплантация электронных приборов. Также, по словам Роджерса, немедленно использование новых устройств может ускорить их одобрение специалистам, а значит, и широкое внедрение в перечень доступных для лечения пациентов приборов.
[Фото: sciencemag.org]
