Как установили ученые из NASA, отдельно стоящие углеродные нановолокна (CNFs) могут улучшить биологическую совместимость нейроимплантантов.

Как сообщает Джун Ли (Jun Li), исследователь из NASA, его командой разработан новый вид наноматериала, который обладает достаточно хорошей биологической совместимостью с нервной тканью.

Кроме того, в перспективе ученые планируют изготовить нейрочип, способный выполнять различные нервные функции. Например, с его помощью можно будет облегчить жизнь людям с заболеваниями Паркинсона.

Вообще-то, биологически совместимые нейроинтерфейсы достаточно трудно изготовить из-за различных технологических трудностей. Ранее ученые из Германии демонстрировали in vitro прототип нейрочипа, однако пока рано говорить о его клиническом использовании, не говоря уже о массовом производстве.

Производство нейроимплантантов требует специальных наноматериалов, которые будут отличаться рядом специфических характеристик: начиная от электропроводимости и заканчивая механической гибкостью.

Рис. 1. Нейрон на поверхности из вертикально-ориентированных нановолокон (CNFs)

Как сообщает Ли, часть трудностей по созданию нейроимпланта удалось преодолеть, используя новый наноматериал – матрицу вертикально расположенных нановолокон.

Углеродные наноструктуры обычно трудно получить в «упорядоченном» виде, чаще всего у ученых получаются «пучки» из нановолокон и нанотрубок. Однако Джуну и его коллегам удалось получить упорядоченную структуру из нановолокон методом химического осаждения пара, используя плазму и никелевые катализаторы.

Катализатор разместили на покрытой пленкой хрома (толщиной 200 нанометров) кремниевой подложке (вафле). После процедуры химического осаждения на подложке вырос «лес» из отдельно стоящих нановолокон диаметром от 30 до 1150 нанометров и длиной около 7 микрон.

Как сообщает Ли, нановолокна отличаются гибкостью, а это очень важный критерий для нейроимплантов. Чем жестче наноматериал, тем хуже его биологическая совместимость с нервной тканью.

На полученную поверхность с ворсяной структурой, отдельные «ворсинки» которой являлись углеродными нановолокнами, ученые поместили культуру человеческих нейронов PC12.

Открытая архитектура поверхности наноматериала позволяет достигать точного контакта для отдельно взятой нервной клетки и определенных волокон. Более того, культура нейронов, которую ученые в эксперименте исследовали на углеродном «ворсе», смогла сформировать нейросеть, что говорит о хорошей биологической совместимости нового материала.

Так как каждый контакт отдельного волокна с нейроном достаточно мал, то ученые надеются разработать мультиплексную систему, которая сможет обмениваться большим количеством данных с клеткой. Помимо электрической стимуляции, будущий нейрочип сможет записывать электрическое состояние нейрона и вести запись электрохимического процесса образования нейротрансмиттеров.

Как говорит Ли, нейрочип сможет обрабатывать всю информацию, полученную от клетки, в реальном времени, что еще на один шаг приблизит ученых к созданию рабочих нейроимплантантов.

Свидиненко Юрий