Массив MagPatch обеспечивает точность до одного нейрона для современных кохлеарных имплантатов и стимуляции блуждающего нерва в будущем.
Микроскопический вид массива MagPatch, показывающий шесть из восьми микрокатушек, используемых для стимуляции нервов. Предоставлено: Саха и др.
ВАШИНГТОН, 23 апреля 2024 г. — Нейронная стимуляция — это медицинский метод, используемый для лечения многих заболеваний, поражающих нервную систему. Он предполагает подачу энергии к нейронам, чтобы стимулировать их рост и установление связей со своими соседями. Лечение эпилепсии часто может включать нервную стимуляцию; аналогичные методы лечения существуют и при болезни Паркинсона, хронической боли и некоторых психических заболеваниях.
В журнале Journal of Vacuum Science & Technology A, опубликованном AIP Publishing, исследователи из Университета Миннесоты использовали массив микроскопических катушек — микрокатушек — для создания магнитного поля и стимуляции отдельных нейронов.
Существующие устройства эффективны, но им не хватает необходимой точности, необходимой для некоторых применений, таких как кохлеарные имплантаты или стимуляторы блуждающего нерва.
«На рынке есть несколько устройств нейростимуляции — некоторые уже одобрены FDA для испытаний на пациентах, некоторые ожидают одобрения», — сказала автор Рената Саха. «Но у каждого из них есть один нюанс — они стимулируют большую популяцию нейронов, включая соседние клетки, которые не должны стимулироваться. Индустрия медицинского оборудования находится в поиске устройства или технологии, которая сможет стимулировать нейроны с разрешением одной клетки».
Вместо использования электрода Саха и ее команда обратились к магнитным катушкам из проволоки. Более двух столетий назад физик Майкл Фарадей описал, как электрический ток, проходящий через катушку с проводом, может создавать магнитное поле. Это магнитное поле может затем индуцировать электрическое поле в любых близлежащих нейронах — тот же эффект, который создается электродом, но гораздо более точный. Однако у этой технологии есть существенный недостаток.
«Чтобы достичь желаемого порога электрического поля, способного стимулировать нейроны, сила тока, которую должны пропускать эти микрокатушки, чрезвычайно высока», — сказал Саха. «Это почти в три раза больше тока, который необходим для возбуждения электрода, чтобы достичь того же порога».
Чтобы решить эту проблему, команда внесла два улучшения. Во-первых, вместо одной микрокатушки они использовали массив из восьми катушек, которые в совокупности могут создавать электрические поля, используя гораздо меньший ток на катушку. Авторы внесли дальнейшие усовершенствования в эти массивы микрокатушек, применив магнитомягкие материалы, которые повышают магнитную силу катушек.
«Добавление этих магнитомягких материалов в сердцевину микрокатушек увеличивает электрическое поле без необходимости увеличения тока через микрокатушки», — сказал Саха.
Исследователи сконструировали прототип своей катушки под названием MagPatch и поместили его в биосовместимое покрытие. Затем они протестировали его на клетках нейробластомы человека, чтобы продемонстрировать его эффективность. На клетки воздействовали магнитные поля, не повреждая покрытие, что позволяет предположить возможность использования этого устройства в клинических условиях.
Авторы планируют продолжить разработку и тестирование устройства MagPatch, чтобы убедиться в его безопасности и полезности. Они надеются, что это поможет улучшить кохлеарные имплантаты следующего поколения.
###
Для дополнительной информации:
Венди Битти
[email protected]
301-209-3090
Название статьи
Планарные массивы микрокатушек для микромагнитной активации нейронов на клеточном уровне in vitro
Авторы
Рената Саха, Генри Джей Беналли, Садег Фарамарзи, Роберт П. Блум, Кай Ву, Денис Тонини, Мэйпл Шиао, Сьюзен А. Кейрстед, Уолтер С. Лоу, Теоден И. Нетофф и Цзянь-Пин Ван
Принадлежность к автору
Университет Миннесоты
2024-04-23 15:01:41
1713885485
#Магнитные #микрокатушки #открывают #возможности #для #таргетной #однонейронной #терапии #нейродегенеративных #заболеваний
