Хотя имплантированные в мозг электроды действительно помогают минимизировать последствия болезни Паркинсона и других неврологических расстройств, имплантация и активация этих электродов может быть сложным процессом. Вот почему ученые сейчас разрабатывают альтернативу в виде крошечных инъекционных магнитных дисков.
Имплантированные электроды используются в типе терапии, известном как глубокая стимуляция мозга (DBS). Как следует из названия, это лечение заключается в доставке электрических сигналов в определенные части мозга, избирательно стимулируя нейроны в этих областях.
Само собой разумеется, для того, чтобы электроды попали в целевые области мозга, требуется операция на мозге. Кроме того, электроды питаются и контролируются устройством, похожим на кардиостимулятор, которое имплантируется под кожу в груди. Подкожные провода проходят от этого устройства к каждому из электродов.
В то время как ряд более простых, менее инвазивных методов DBS находятся в разработке, многие из них ограничены использованием на поверхности мозга, они стимулируют слишком общую область или работают только с мозговой тканью, которая уже была генетически изменена.
Вот где появляются крошечные «магнитоэлектрические нанодиски» (MEND).
Разработанные учеными из Массачусетского технологического института и немецкого Университета Фридриха-Александра, плоские шестиугольные частицы имеют ширину всего 250 нанометров каждая и состоят из двухслойного магнитострикционного ядра, размещенного внутри пьезоэлектрической оболочки. Магнитострикционные материалы меняют форму при намагничивании, тогда как пьезоэлектрические материалы вырабатывают электрический ток при воздействии механической деформации.
Подвергшись воздействию внешнего магнитного поля, сердечники реагируют изменением формы. При этом они вызывают деформацию в материале оболочки, заставляя его вырабатывать электричество. Физические ограничения, налагаемые плоской формой, являются ключом к этому эффекту — ранее разработанные сферические магнитные частицы работали не так хорошо.
После отключения магнитного поля MEND возвращаются в свое предыдущее инертное состояние.
На снимках под микроскопом показаны различные этапы процесса производства MEND, а готовый продукт показан внизуMIT
Идея заключается в том, что партии устройств можно было бы вводить глубоко в мозг, в те области, где они нужны, через небольшие отверстия, просверленные в черепе. Затем они могли бы оставаться на месте постоянно, периодически активируясь внешним электромагнитом.
В ходе испытания технологии капли MEND (в растворе-носителе) вводились в область субталамического ядра мозга лабораторных мышей. Субталамическое ядро — это область, в которую обычно имплантируются электроды для лечения болезни Паркинсона, поскольку оно связано с контролем движений.
Было обнаружено, что, активируя эти диски с помощью относительно слабого внешнего электромагнита, ученые могли бы производить тот же объем контроля движений, который был возможен с использованием имплантированных электродов, обеспечивающих легкую электрическую стимуляцию. Исследователи сейчас работают над усилением пьезоэлектрического эффекта, чтобы производить более сильный и эффективный электрический ток.
Статья об исследовании, проведенном профессором Массачусетского технологического института Полиной Аникеевой и аспирантом Йе Джи Кимом, была недавно опубликована в журнале Nature Nanotechnology. В прошлом году ученые из Кореи также сообщили об успехе с инжектированными частицами, которые активируются ультразвуком вместо магнитных полей.
