Исследователи из Университета Торонто разработали гибкий биоразлагаемый электрод, способный стимулировать нейронные клетки-предшественники (НПК) в мозге, — устройство, способное обеспечивать целевую электрическую стимуляцию в течение семи дней, после чего оно растворится естественным образом.

Используя врожденные механизмы восстановления организма, подход исследователей представляет собой потенциальный шаг вперед в лечении неврологических расстройств, которые являются основной причиной инвалидности во всем мире. В то время как неврологические расстройства часто приводят к необратимой потере клеток, стимуляция NPC — редких клеток, способных восстанавливать нервную ткань — показала многообещающие результаты, когда дело доходит до расширения ограниченных вариантов лечения.

Однако существующие методы, такие как транскраниальная стимуляция постоянным током, не обладают точностью и могут повредить ткани. Электрод, разработанный исследователями из U of T, с другой стороны, обеспечивает точную, безопасную и временную стимуляцию, не требуя последующих хирургических вмешательств.

«Наши результаты показывают, что этот электрод может стимулировать восстановление нейронов контролируемым, временным образом, что имеет решающее значение для предотвращения осложнений, связанных с постоянными имплантатами», — говорит Тяньхао Чэнь, аспирант в области биомедицинской инженерии , являющийся ведущим автором исследования.

Исследование, опубликованное в недавнем выпуске журнала Biomaterials , проводилось под руководством Хани Нагиба, профессора кафедр материаловедения и инженерии, а также машиностроения и промышленной инженерии факультета прикладных наук и инженерии, и Синди Моршед, профессора хирургии медицинского факультета Темерти, которая по совместительству работает в Институте биомедицинской инженерии.

Разработка и изготовление биоразлагаемого электрода для стимуляции мозга. Кредит: Biomaterials (2024). DOI: 10.1016/j.biomaterials.2024.122957
«Нейральные клетки-предшественники обладают значительным потенциалом для восстановления поврежденной мозговой ткани , но существующие методы активации этих клеток могут быть инвазивными или неточными», — говорит Морсхед.

«Наш биоразлагаемый электрод предлагает решение, сочетающее эффективную стимуляцию с уменьшенным риском для пациента».

Для разработки биоразлагаемого нейронного зонда команда сосредоточилась на материалах, которые обеспечивали как биосовместимость, так и регулируемую скорость деградации.

Поли(молочно-гликолевая) кислота (PLGA) — гибкий материал , одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США, — была выбрана для подложки и изоляционного слоя из-за ее предсказуемой деградации на основе соотношений мономеров и минимального воспалительного эффекта.

Молибден был выбран для самого электрода из-за его прочности и медленного растворения — оба качества необходимы для сохранения структурной целостности в течение предполагаемого недельного периода стимуляции.

Электроды были имплантированы в доклинические модели и продемонстрировали способность эффективно стимулировать NPC, увеличивая их количество и активность, не вызывая значительного повреждения тканей или воспаления. Это тестирование подтвердило безопасность и эффективность электродов для стимуляции восстановления нейронов в течение целевого периода времени.

«Мы планируем и дальше развивать эту технологию, создавая мультимодальные биоразлагаемые электроды, которые смогут доставлять лекарства и генную терапию к поврежденному мозгу», — говорит Морсхед.

«У нас есть захватывающие данные, показывающие, что активация стволовых клеток мозга с помощью наших устройств электростимуляции улучшает функциональные результаты в доклинической модели инсульта».