Новые материалы могут привести к имплантации лечения эпилепсии

Перспектива излечения от эпилепсии может стать еще на один шаг ближе после прорывных исследований материалов, которые могут помочь безопасно имплантировать новые типы зондов в мозг.

Биоинженерные исследователи из Университет Глазго исследовали новые растворимые покрытия, которые могли бы помочь безопасно ввести гибкие имплантаты в мозг, чтобы помочь регулировать эпилепсию височной доли.

Разработка материала, изложенная в предварительном обзоре в журнале Advanced Nanobiomed Research, является частью финансируемого Европой сотрудничества, целью которого является борьба с эпилепсией путем лечения и регенерации поврежденной ткани головного мозга.

Проект гибридных усовершенствованных систем регенеративной медицины — HERMES — стоимостью 8 млн евро был запущен в 2019 году. Он объединяет 12 партнеров из семи стран ЕС, чтобы найти новые способы лечения заболеваний головного мозга с помощью трансплантатов, сочетающих биологические и искусственные компоненты.

Нейронные зонды, способные к глубокой стимуляции мозга, использовались для лечения людей, живущих с болезнью Паркинсона и другими состояниями, такими как обсессивно-компульсивное расстройство. Они представляют собой многообещающее будущее лечение височной эпилепсии, которая может быть резистентной к лекарствам.

В настоящее время зонды для глубокой стимуляции мозга, изготовленные из кремния, часто вызывают рубцевание вокруг места имплантации из-за несоответствия жесткости искусственных материалов и мягких тканей мозга.

Одним из решений может быть новое поколение гибких зондов, изготовленных из новых гибких материалов, которые лучше соответствуют мягкости тканей головного мозга. Гибкие имплантаты также могут расширить возможности размещения имплантатов в головном мозге, открывая возможности для лечения большего количества состояний.

Однако повышенная гибкость материалов может увеличить риск изгиба или поломки зондов при введении в ткани головного мозга — ключевая проблема, которую необходимо решить, прежде чем команда HERMES и другие специалисты смогут эффективно использовать их в качестве имплантатов.

В документе команда из Глазго и коллеги из Италии описывают, как они исследовали потенциал четырех различных биологических материалов в качестве покрытий для будущих имплантатов HERMES. Материалы действуют как временные элементы жесткости, которые могут позволить гибким зондам достичь своей цели в мозге, не сгибаясь, прежде чем растворятся после завершения операции.

Они изучили характеристики сахарозы, мальтозы, фиброина шелка и альгината в качестве ребер жесткости для гибкого зонда, подобного тому, который будет использоваться в проекте HERMES.

В то время как три материала ранее были испытаны в лаборатории в качестве придающих жесткость в предыдущих исследованиях, команда из Глазго была первой, кто исследовал альгинат, природный полисахарид, извлеченный из водорослей, в качестве придающего жесткость материала.

Они покрыли гибкие зонды, подобные тем, которые будут использоваться в будущих имплантатах HERMES, в образцах материалов. Они проверили их эффективность в качестве элементов жесткости, изучив их эффективность, когда они были вставлены в блоки агарозного геля — материала, консистенция которого аналогична настоящей мозговой ткани.

Зонды с альгинатным покрытием показали себя хорошо, увеличив усилие, необходимое для изгиба, с 0,31 мн для зонда без покрытия до 28,97 мн. Тем не менее, фиброин шелка показал лучшие результаты, увеличив усилие, необходимое для изгиба гибкого зонда, до 75,99 миллиньютонов.

Они также проверили потенциальную биосовместимость материала, проведя химические тесты и измерив, сколько времени потребовалось для их растворения в условиях, подобных мозгу. Опять же, фиброин шелка и альгинатные материалы показали себя хорошо, продержавшись дольше, чем другие материалы, до растворения, что может дать хирургам больше времени для успешного выполнения операций с имплантатами HERMES.

Шелковые фиброиновые материалы были дополнительно протестированы на образцах мозга ягнят и крыс, чтобы собрать дополнительные данные об их эффективности в человеческом мозге.

Мария Сересо-Санчесиз Инженерная школа Джеймса Ваттаявляется ведущим автором статьи. Она сказала: «Проведенные нами тесты показывают действительно многообещающие результаты для создания покрытий для будущих гибких нейронных зондов, которые могли бы помочь безопасно направлять их к своим целям в мозгу.

«Это захватывающий шаг вперед, и мы продолжаем изучать потенциал этих материалов для использования в процедурах имплантации нейронов».

Профессор Хади Хейдарииз Инженерной школы имени Джеймса Ватта Университета Глазго, является соответствующим автором статьи. Он сказал: «Работа, которую мы здесь проделали, является важной опорой направлений исследований, которые объединяются для создания передовых нейропротезов, к достижению которых стремится HERMES.

«Некоторые из наших партнеров по исследованиям используют разработанные нами элементы жесткости для проведения дальнейших испытаний функциональности зондов. Мы с нетерпением ждем результатов этих экспериментов, поскольку приближаемся к раскрытию потенциала HERMES».

Исследование команды из Глазго проводилось в партнерстве с группой профессора Джулии Куриа из Университета Модены и Реджо-Эмилии и доктора Джеммы Палаццоло из IIT – Istituto Italiano di Tecnologia в Италии.

«Биорезорбируемые вспомогательные средства для введения гибких зондов, имплантируемых в мозг: сравнительное исследование шелкового фиброина, альгината и дисахаридов», опубликовано в Advanced Nanobiomed Research и доступно здесь

Исследование проводилось при финансовой поддержке программы ЕС Horizon 2020, Университета Глазго, Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам и Европейской комиссии.

В консорциум HERMES входят: IIT – Итальянский технологический институт (Италия), Университет Модены и Реджо-Эмилии (Италия), Университет Вероны (Италия), Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (Испания), Миланский политехнический институт (Италия). , Орхусский университет (Дания), Университет Глазго (Великобритания), Университет Тампере (Финляндия), Fundacion Instituto de Estudios de Ciencias de la Salud de Castilla y Leon e Universidad de Salamanca (Испания), Eurokleis Srl (Италия), Radbound Universiteit (Нидерланды), Den Institute (Бельгия).