Группа ученых из Инженерного колледжа Сеульского национального университета разработала технологию биоразлагаемой электронной палатки, которая позволяет диагностировать заболевания головного мозга с помощью иглы.

Технология, разработанная исследовательской группой профессора Канга (включая доктора Чжэ-Ён Бэ, кандидата наук Ён-Со Кима и профессора Сын-Кюн Канга) в сотрудничестве с исследователями из UNIST (доктор Кён-Сок Хван и профессор Джу-Ён Ким) и больницы университета Данкук (профессор Чон Гын Хён), была опубликована в журнале Nature Electronics 5 августа.

Исследование команды было обусловлено пониманием того, что лишь немногие люди захотят подвергнуться операции по имплантации мозгового чипа, как это недавно продемонстрировали клинические испытания Neuralink, стартапа в области нейробиологии, основанного Илоном Маском, генеральным директором Tesla. Для имплантации устройства интерфейса мозг-компьютер (BCI) требуется опасная операция по удалению части черепа и вставке электронного чипа .

Кроме того, как только устройство больше не нужно, оно может вызвать иммунные реакции, требующие повторной операции по его удалению. Исследовательская группа признала необходимость альтернативы для преодоления высокоинвазивной природы существующих методов, которые требуют хирургического вмешательства, для широкого внедрения технологий био- и мозговой инженерии.

Процесс минимально инвазивной установки электрода большой площади на поверхность мозга с использованием биоразлагаемой электронной палатки. Кредит: Инженерный колледж Сеульского национального университета
С клинической точки зрения, современные методы диагностики эпилепсии и болезни Паркинсона требуют использования мозговых электродов большой площади, что требует удаления значительной части черепа. Это несет риск серьезных побочных эффектов, таких как кровоизлияние в мозг , инфекция мозга, утечка спинномозговой жидкости и осложнения, такие как послеоперационная внутричерепная гипертензия.

Чтобы облегчить бремя подобных операций, исследовательская группа разработала «биоразлагаемую электронную палатку», предложив инновационный метод неинвазивной диагностики заболеваний головного мозга.

Исследовательская группа профессора Канга в Сеульском национальном университете разработала технологию диагностики мозга с использованием электронных устройств. Первые соавторы этой исследовательской работы, включая доктора Чжэ-Ён Бэ, кандидата наук Ён-Со Кима и доктора Кён-Сок Хвана, связаны с отечественными исследовательскими институтами, что подчеркивает потенциал этого исследовательского результата для значительного укрепления технологического лидерства Южной Кореи в области медицинского лечения и конвергенции исследований.

В ходе разработки «технологии биоразлагаемой электронной палатки» исследовательская группа сосредоточилась на проектировании электронной палатки, которая равномерно и без повреждений распространялась бы в узком пространстве в несколько миллиметров между черепом и мозгом. Это было достигнуто с помощью биоразлагаемых полимеров с памятью формы и сверхтонких биоразлагаемых неорганических электронных устройств. Электронная палатка, введенная через небольшое отверстие в черепе с помощью иглы, разворачивается, чтобы покрыть весь мозг на большой площади размером с ладонь в пространстве между черепом и мозгом.

(a) Процесс восстановления формы электронной палатки в модели черепа и мозга (b) Процесс биодеградации электронной палатки в фосфатном буферном растворе (PBS). Кредит: Инженерный колледж Сеульского национального университета
Поскольку устройство естественным образом разлагается в организме после завершения диагностики, это сводит к минимуму проблемы, связанные с остаточными медицинскими устройствами, которые могут вызывать побочные эффекты при длительном нахождении в организме, как это наблюдается при традиционных методах диагностики эпилепсии и болезни Паркинсона.

Исследовательская группа также успешно измерила сигналы мозговых волн в течение двух недель после введения электродов с использованием биоразлагаемой электронной палатки в мозг животных моделей. Кроме того, они подтвердили потенциал для применения in vivo, отслеживая процесс биодеградации электронной палатки в режиме реального времени в течение длительного периода.

Биоразлагаемая электронная палатка, как ожидается, будет использоваться различными способами в медицинской сфере в будущем. В частности, биоразлагаемая электронная палатка, как ожидается, внесет существенные изменения в методы диагностики трудноизлечимой эпилепсии и болезни Паркинсона.

В отличие от традиционных инвазивных хирургических методов, которые всегда несут в себе риски, эта технология предлагает минимально инвазивный способ введения электронных устройств с помощью иглы, предоставляя пациентам лучшую диагностическую среду. Более того, поскольку электронное устройство естественным образом разлагается в организме после выполнения своей функции, это устраняет необходимость в дополнительных операциях по удалению остаточных медицинских устройств, что делает его более безопасным вариантом для пациентов.

Ожидается, что эта технология также будет применима для диагностики других заболеваний мозга, таких как инсульт и гидроцефалия. Помимо ее применения в диагностике и лечении, она также может снизить общественное отвращение к традиционным методам введения электродов, используемым в технологиях интерфейса мозг-компьютер (BCI), например, протестированных в экспериментах по имплантации мозга Neuralink, тем самым повышая осуществимость этих технологий.