Исследователи Гарвардского университета предложили биосовместимую систему гибких микроэлектродов для долговременного мониторинга активности нейронов в живом мозге. Испытания устройства на мышах показали, что оно не вызывает воспалительных реакций и будет эффективно работать на протяжении многих месяцев, а возможно и лет. Статья с описанием нового метода опубликована журналом Nature Methods.

Имплантация микроэлектродов в ткани мозга является на сегодняшний день самым точным методом мониторинга активности нейронов и их искусственной стимуляции. Однако установка таких имплантатов требует небезопасного хирургического вмешательство и вызывает воспалительный ответ. Воспаление не только снижает эффективность их работы, но рано или поздно приводит к необходимости полностью удалить электрод или хотя бы переместить его в другое место поблизости.

Иммуногистохимическое окрашивание среза мозга. Синим показаны участки микрочипа, с которых происходит запись активности. Tian-Ming Fu et al., Nature Methods, 2016

Все это ограничивает время, в течение которого возможно проводить подобные наблюдения. Поэтому при всей своей точности такой метод не позволяет проследить за долговременными изменениями связей и характера активности нейронов, которые участвуют в процессах созревания и обучения мозга, развитии нейродегенеративных процессов и т.п. Система гибких микроэлектродов, предложенная командой Чарльза Либера (Charles Lieber), лишена этих недостатков: она без каких-либо последствий проработала в организме живых мышей более восьми месяцев, и, по мнению ученых, это далеко не предел.

Гибкая система производится методом фотолитографии и состоит из 16 тончайших металлических электродов, внедренных в мягкую ленту биосовместимого полимера толщиной 800 нм и шириной 20 мкм. Коэффициент упругости такого устройства сравним с соответствующим показателем обычной живой ткани (ок. 0,1 нН/м), и с помощью тонкой иглы она может вноситься в целевую область мозга с точностью примерно до 20 мкм.

Авторы продемонстрировали возможности устройства, внеся его в гиппокамп, а также в соматосенсорные области коры больших полушарий лабораторных мышей и получив четкий сигнал с его электродов. Проверяя работу системы месяц за месяцем, ученые подтвердили стабильность сигнала и возможность непрерывно отслеживать активность индивидуальных клеток без развития воспалительных процессов.

Чарльз Либер и его коллеги уверены, что такие гибкие устройства найдут широкое применение не только в исследованиях мозга, но и в медицине, а возможно и в электронике будущего, предлагая более «мягкий» вариант интеграции электронных компонентов с нервной системой человека. Использование электродов обещает огромные возможности для восстановления утраченных функций мозга, включая память, и если имплантаты не будут вызывать воспаления и других негативных реакций, проекты по «дополнению» нервной системы электроникой смогут выйти на новый уровень. «Именно этим нам придется заняться, если мы хотим воспользоваться всеми преимуществами и того, и другого», — добавил Чарльз Либер, комментируя работу пресс-службе Гарвардского университета.

Автор: Роман Фишман