Учёные создали тончайший имплантат для мозга, который может одновременно выполнять три функции.

Учёные разработали гибкий, тончайший как игла имплантат для мозга, способный регистрировать сигналы, доставлять лекарства и стимулировать несколько областей мозга одновременно. Новый тип мозгового имплантата может дать исследователям более точный инструмент для изучения мозга и в перспективе может способствовать разработке методов лечения неврологических состояний, таких как эпилепсия.

Исследователи из Технического университета Дании (DTU), Копенгагенского университета, Университетского колледжа Лондона и других учреждений создали длинный, тонкий как игла электрод для мозга, оснащённый микроскопическими каналами. Устройство, известное как микрофлюидный Axialtrode (mAxialtrode), спроектировано так, чтобы обеспечивать несколько функциональных точек вдоль длины имплантата. Это позволяет учёным регистрировать нервную активность и доставлять препараты в конкретные участки по мере продвижения через разные части мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.

Многофункциональный инструмент для исследований мозга

Пока технология в основном предназначена как инструмент для исследований. Учёные могли бы использовать её, чтобы изучать, как сигналы распространяются через разные слои мозга в процессах, связанных с эпилепсией, памятью и принятием решений. В более долгосрочной перспективе исследователи считают, что mAxialtrode также может иметь терапевтические применения. Одна из возможностей — использование устройства для доставки лекарств в точные локусы при одновременном применении электрической или световой стимуляции выбранных областей мозга.

Постдоктор Куньян Суй, который разработал концепцию mAxialtrode совместно с доцентом Христосом Маркосом, отмечает, что одним из главных преимуществ является сочетание нескольких возможностей в одном имплантате. Это может позволить исследователям проводить более точные эксперименты и одновременно сократить необходимость вставлять в мозг несколько отдельных устройств.

«Большинство современных мозговых имплантатов изготовлены из твёрдых материалов, таких как кремний, что может раздражать мозг и вызывать воспалительные реакции в ткани. Новый имплантат отличается тем, что он сделан из мягких, пластоподобных оптических волокон и имеет специально скошенный кончик, который делает его меньше и уменьшает повреждения при установке в мозг», — говорит Куньян Суй.

Суй предупреждает, что технология пока далека от рутинного клинического использования. Перед применением у пациентов потребуются обширные испытания, дальнейшая доработка и получение разрешений регулирующих органов.

Отход от традиционных оптических волокон

В исследованиях мозга учёные сейчас часто используют оптические волокна с плоским концом. Эти тонкие волокна, сделанные из стекла или пластика, могут переносить свет в глубокие области мозга. Их часто используют в оптогенетике — методе, при котором отдельные нервные клетки активируются с помощью света.

Однако у традиционных волокон есть важное ограничение. Обычно они взаимодействуют с тканью мозга только на конце волокна, что означает, что исследователи могут стимулировать или контролировать только одно место за раз. Внешний конец называют дистальным кончиком, или «носом» волокна. Свет излучается и контакт с тканью мозга происходит именно в этой точке. В результате учёные могут быть ограничены измерениями или стимуляцией только одного слоя мозга за раз, хотя многие мозговые функции зависят от взаимодействия нескольких слоёв и более глубоких структур.

Как создаётся игольчатый mAxialtrode

Игольчатый mAxialtrode изначально получается из гораздо более крупного полимерного стержня. Исследователи нагревают материал и тянут его в чрезвычайно тонкое волокно, примерно как при изготовлении очень тонкой нити сахара, но с куда большей точностью. Через центр волокна проходит светопроводящая сердцевина. Вокруг неё располагаются восемь микроскопических каналов, которые могут транспортировать жидкости. Эти каналы также могут содержать очень тонкие металлические провода, используемые для измерения электрической активности мозга.

Готовое волокно имеет поперечник менее половины миллиметра. Оно также обладает высокой гибкостью, что позволяет ему двигаться вместе с тканью мозга, а не проходить через неё жёстко. Это различие в жёсткости может быть важным, поскольку более жёсткие имплантаты способны вызывать воспалительные реакции при длительном нахождении в мозге.

Испытания в лаборатории и на животных

Исследователи тестировали систему не только в лабораторных условиях, но и «in vivo», то есть на живых мышах. Электрод имплантировали в мозг животных и подключали к источникам света, регистрационной аппаратуре и небольшим насосам для подачи жидкостей. Эксперименты показали, что устройство может стимулировать нервные клетки как синим, так и красным светом. Одновременно исследователи смогли регистрировать электрическую активность из поверхностных и более глубоких областей мозга, включая кору головного мозга и гиппокамп.

Они также сумели вводить разные вещества на отдельных глубинах, при этом точки доставки были разнесены почти на три миллиметра. Все эти измерения и виды стимуляции выполнялись с помощью одного лёгкого волокна, которое мыши могли носить без очевидных признаков дискомфорта.

Возможные приложения при эпилепсии и в нейронауках

Эксперименты in vivo и нейрофизиологическая валидация проводились в тесном сотрудничестве с доцентом Руне В. Бергом из Копенгагенского университета и доцентом Робом С. Уайксом из Университетского колледжа Лондона. Их вклад включал экспертизу в анализе нейронных цепей и моделях, релевантных эпилепсии. Исследовательская команда в настоящее время работает над патентованием технологии, лежащей в основе электрода для мозга. Учёные также изучают, что потребуется для начала испытаний устройства на пациентах в клинических условиях.

Список авторов и ссылка на публикацию

Куньян Суй, Нила К. Кодаду, Даман Ратхоре, Гуанхуэй Ли, Марчелло Менегетти, Андерс Л. Бёкер, Руне В. Берг, Роб С. Уайкс, Христос Маркос. Multimodal Layer‐Crossing Interrogation of Brain Circuits Enabled by Microfluidic Axialtrodes. Advanced Science, 2026; 13 (18) DOI: 10.1002/advs.202519744