Традиционные мозговые имплантаты требуют инвазивного хирургического вмешательства. Новый подход позволяет избежать этого рискованного процесса. Источник изображения:© iStock.com, Moor Studio

Имплантаты для стимуляции мозгаB могут дать важную информацию о нервной системе и даже облегчить симптомы заболеваний головного мозга. Однако установка имплантатов в голову пациента — это операция, сопряжённая с риском повреждения тканей и инфицирования.

В некоторых подходах для доставки имплантатов на периферию мозга используются кровеносные сосуды, но они не могут обеспечить доступ к глубоко расположенным областям, которые являются причиной некоторых наиболее трудноизлечимых заболеваний головного мозга. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Массачусетского технологического института под руководством биоинженера Деблины Саркар взялись за разработку имплантата с минимальной площадью воздействия и максимальной эффективностью.

В новой статье, опубликованной в Nature Biotechnology, Саркар и её коллеги представили новый подход к разработке имплантатов, в котором субклеточные электронные устройства встраиваются в циркулирующие иммунные клетки. ¹

Беспроводные гибриды электронных ячеек, созданные командой, работают от света и имеют диаметр 10 микрометров, что меньше размера одной капли тумана. Исследователи обнаружили, что эти устройства могут перемещаться в области воспаления в мозге мышей и затем стимулировать мозговую ткань с точностью до микрометра. Они назвали свои гибриды первыми в новой области «циркуляторных» устройств.

«Наши крошечные электронные устройства легко интегрируются с нейронами, сосуществуют с клетками мозга и создают уникальный симбиоз мозга и компьютера», — сказал Саркар в пресс-релизе.

Пробираясь в мозг

В начале проекта команда столкнулась с серьёзной проблемой при разработке имплантата. Если другие части тела можно сравнить с обычным баром во вторник вечером, то мозг — это VIP-зал в дорогом клубе в субботу. Имплантаты, которые хотят получить доступ к мозгу, должны знать, куда они направляются, и быть достаточно незаметными, чтобы преодолеть гематоэнцефалический барьер, который блокирует доступ к нежелательным молекулам, как толстая красная верёвка, за которой стоит угрюмый вышибала.

Команда Саркара решила сделать так, чтобы их устройства было сложно извлечь, двумя способами: уменьшив их размер и химически прикрепив их к иммунным клеткам, к которым мозг всегда имеет доступ.

Получившаяся конструкция представляет собой микроскопический сэндвич — слой органических полупроводниковых полимеров между анодом и катодом, прикреплённый к иммунной клетке, называемой моноцитом. Когда моноциты обнаруживают воспаление в организме или мозге, они мигрируют к месту воспаления, как лабрадор, бегущий к тому месту, куда уронили кусок ветчины.

Чтобы протестировать свои устройства, команда вводила их внутривенно мышам, у которых они вызвали воспаление, введя провоспалительные молекулы в глубинную область мозга, называемую вентролатеральным ядром таламуса. Исследователи связали гибриды с флуоресцентным красителем и следили за тем, как светящиеся гибриды проникают в глубинные области мозга, увлекаемые мигрирующими моноцитами. Попадание устройств в мозг не вызвало иммунного ответа и не повлияло на поведение животных.

«Живые клетки маскируют электронику, чтобы иммунная система организма не атаковала её, и она могла беспрепятственно перемещаться по кровотоку. Это также позволяет ей проникать через неповреждённый гематоэнцефалический барьер без необходимости его инвазивного открытия», — сказал Саркар.

Применение при различных заболеваниях головного мозга

Затем они использовали внешний передатчик, чтобы направить свет в ближнем инфракрасном диапазоне через череп мыши в устройство, которое могло преобразовывать его в энергию, необходимую для электрической стимуляции близлежащих нейронов.

Теоретически устройства Саркара могут быть нацелены на широкий спектр заболеваний головного мозга. Это связано с тем, что такие заболевания, как рассеянный склероз, которые можно купировать с помощью глубокой стимуляции мозга, сопровождаются воспалительными побочными эффектами, на которые могут воздействовать гибриды иммунных клеток.

Исследователи даже надеются, что их гибриды помогут в лечении заболеваний головного мозга, которые упорно не поддаются терапии, в том числе таких видов рака головного мозга, как глиобластома и диффузная внутренняя глиома моста.

«Это платформенная технология, которую можно использовать для лечения различных заболеваний головного мозга и психических расстройств, — сказал Саркар. — Кроме того, в будущем эту технологию можно будет применять не только для лечения головного мозга, но и для лечения других частей тела».

Ссылка: Ядав С. и др. Нехирургический мозговой имплантат на основе гибрида клеток и электроники для фокальной нейромодуляции. Nat Biotechnol. 2025:1-11.