Мягкие роботизированные нервные манжеты могут совершить революцию в лечении неврологических заболеваний

Исследователи разработали крошечные гибкие устройства, которые могут охватывать отдельные нервные волокна, не повреждая их.

Исследователи из Кембриджского университета объединили методы гибкой электроники и мягкой робототехники для разработки устройств, которые можно было бы использовать для диагностики и лечения ряда заболеваний, включая эпилепсию и хроническую боль, или для управления протезами конечностей.

Современные инструменты для взаимодействия с периферическими нервами – 43 парами двигательных и сенсорных нервов, соединяющих головной и спинной мозг – устарели, громоздки и несут высокий риск повреждения нервов. Однако роботизированные нервные «манжеты», разработанные командой из Кембриджа, достаточно чувствительны, чтобы захватывать или обертывать тонкие нервные волокна, не причиняя при этом никакого вреда.

Испытания нервных манжет на крысах показали, что устройствам требуется лишь небольшое напряжение для контролируемого изменения формы, образуя самозамыкающуюся петлю вокруг нервов без необходимости использования хирургических швов или клея.

Исследователи говорят, что сочетание мягких электрических приводов с нейротехнологиями может стать ответом на минимально инвазивный мониторинг и лечение ряда неврологических заболеваний. Результаты опубликованы в журнале. Природные материалы.

Имплантаты электрических нервов можно использовать для стимуляции или блокировки сигналов в целевых нервах. Например, они могут помочь облегчить боль, блокируя болевые сигналы, или их можно использовать для восстановления движений в парализованных конечностях, посылая электрические сигналы к нервам. Мониторинг нервов также является стандартной хирургической процедурой при работе на участках тела с высокой концентрацией нервных волокон, например, вблизи спинного мозга.

Эти имплантаты обеспечивают прямой доступ к нервным волокнам, но они сопряжены с определенными рисками. «Нервные имплантаты сопряжены с высоким риском повреждения нервов», — сказал профессор Джордж Маллиарас из инженерного факультета Кембриджа, возглавлявший исследование. «Нервы маленькие и очень хрупкие, поэтому каждый раз, когда вы прикасаетесь к ним чем-то большим, например электродом, это представляет опасность для нервов».

Нервные манжеты, которые обертывают нервы, являются наименее инвазивными имплантатами, доступными в настоящее время, но, несмотря на это, они все еще слишком громоздкие, жесткие и их трудно имплантировать, что требует значительного обращения и потенциальной травмы нерва».

Доктор Дамиано Бароне, соавтор кафедры клинических нейронаук Кембриджа

Исследователи разработали новый тип нервных манжет из проводящих полимеров, обычно используемых в мягкой робототехнике. Ультратонкие манжеты состоят из двух отдельных слоев. Подача небольшого количества электричества — всего несколько сотен милливольт — приводит к тому, что устройства раздуваются или сжимаются.

Манжеты достаточно малы, чтобы их можно было свернуть в иглу и ввести в область целевого нерва. При электрической активации манжеты меняют свою форму, охватывая нерв, позволяя контролировать или изменять активность нерва.

«Чтобы обеспечить безопасное использование этих устройств внутри тела, нам удалось снизить напряжение, необходимое для срабатывания, до очень низких значений», — сказал доктор Чаоцюнь Донг, первый автор статьи. «Что еще более важно, так это то, что эти манжеты могут менять форму в обоих направлениях и перепрограммироваться. Это означает, что хирурги могут регулировать, насколько плотно устройство прилегает к нерву, пока не получат наилучшие результаты для записи и стимуляции нерва».

Испытания на крысах показали, что манжеты можно успешно наложить без хирургического вмешательства, и они образуют самозамыкающуюся петлю вокруг целевого нерва. Исследователи планируют дальнейшее тестирование устройств на животных моделях и надеются начать испытания на людях в течение следующих нескольких лет.

«Используя этот подход, мы можем достичь нервов, до которых трудно добраться посредством открытой операции, например, нервов, контролирующих боль, зрение или слух, но без необходимости имплантировать что-либо в мозг», — сказал Бароне. «Возможность надевать эти манжеты так, чтобы они охватывали нервы, делает эту процедуру намного проще для хирургов и менее рискованной для пациентов».

«Возможность создать имплантат, который может менять форму посредством электрической активации, открывает ряд будущих возможностей для целенаправленного лечения», — сказал Маллиарас. «В будущем мы, возможно, сможем иметь имплантаты, которые смогут перемещаться через тело или даже в мозг – это заставляет вас мечтать о том, как мы могли бы использовать технологии, чтобы принести пользу пациентам в будущем».

Исследование частично поддерживалось Швейцарским национальным научным фондом, Кембриджским фондом и Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (EPSRC), входящим в состав Британской исследовательской и инновационной организации (UKRI).

Источник:

Ссылка на журнал:

Донг, К., и другие. (2024). Микроэлектроды с электрохимическим приводом для минимально инвазивных интерфейсов периферических нервов. Природные материалы. doi.org/10.1038/s41563-024-01886-0.

2024-04-26 22:49:00


1714173835
#Мягкие #роботизированные #нервные #манжеты #могут #совершить #революцию #лечении #неврологических #заболеваний