5 червня, 2024
Ультразвук як новий спосіб глибокої стимуляції мозку
Глибока стимуляція мозку за допомогою імплантованих електродів, які доставляють електричні імпульси до мозку, часто застосовується для лікування хвороби Паркінсона та інших неврологічних розладів. Однак електроди, які використовуються для такого лікування, можуть із часом створювати рубці, що обмежує можливості методу. Науковці Массачусетського технологічного інституту розробили альтернативний підхід, який залучає ультразвук для глибокої стимуляції мозку, що доставляється волокном товщиною приблизно з людську волосину. У дослідженні на мишах вони показали, що така процедура може спонукати нейрони чорної субстанції в середньому мозку вивільняти дофамін.
Ультразвук не може глибоко проникнути в мозок із пристрою, прикріпленого до голови чи черепа, тому вчені імплантували мінімально інвазивний пристрій, який уникає зайвих структур та великих кровоносних судин у різних відділах мозку. Глибока стимуляція мозку електричними імпульсами вже схвалена Управлінням із контролю за якістю харчових продуктів і медикаментів для лікування симптомів хвороби Паркінсона. У новому підході використовуються електроди товщиною в міліметр для активації клітин, що виробляють дофамін. Більшість нейронів мають іонні канали, які реагують на механічну стимуляцію, таку як вібрація від звукових хвиль, тому ультразвук можна застосовувати, аби викликати активність у цих клітинах.
Для безпечного досягнення глибоких відділів мозку дослідники розробили тонке волокно із гнучкого полімеру. Кінчик волокна містить барабанний ультразвуковий перетворювач із вібраційною мембраною. Коли ця мембрана, яка інкапсулює тонку п’єзоелектричну плівку, керується невеликою електричною напругою, вона генерує ультразвукові хвилі, які виявляють сусідні клітини. Під час випробувань на мишах вчені показали, що ультразвуковий пристрій під назвою ImPULS (імплантований п’єзоелектричний ультразвуковий стимулятор) може провокувати активність нейронів гіпокампа та чорної субстанції.
Усі компоненти пристрою є біосумісними, включно з п’єзоелектричним шаром, виготовленим із типу кераміки під назвою ніобат калію. Поточна версія імплантату живиться від зовнішнього джерела, але дослідники передбачають, що в майбутньому це відбуватиметься від невеликої імплантованої батареї та електронного блоку. Наступним кроком учені планують вивчити, як ультразвукова стимуляція може впливати на різні ділянки мозку, і чи можуть пристрої залишатися функціональними після імплантації впродовж року. Вони також зацікавлені в можливості включення мікрофлюїдного каналу, який міг би дозволити пристрою доставляти ліки.
Джерело: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48748-6