Jutikliai, kuriuos galima lengvai ir saugiai įvesti į smegenis, galėtų turėti svarbių medicininių pritaikymų ir taip pat galėtų prisidėti prie smegenų sąsajos prietaisų kūrimo. Nors buvo padaryta didelė pažanga kuriant šiuos jutiklius, dauguma esamų prietaisų gali būti naudojami tik taikant invazines chirurgines procedūras, kurios gali sukelti daugybę komplikacijų.
Seulo nacionalinio universiteto ir kitų Pietų Korėjos institutų mokslininkai neseniai sukūrė naują biologiškai skaidų ir savaime išsiskleidžiantį palapinės elektrodą, kurį būtų daug lengviau įterpti į žmogaus smegenų paviršių. Jų siūlomas elektrodų dizainas, aprašytas Gamtos elektronikagali natūraliai suirti žmogaus organizme nepalikdamas jokių likučių, o tai reiškia, kad patekus į kūną, jo nereikia chirurginiu būdu pašalinti.
„Mūsų naujausias dokumentas atsirado dėl didėjančio supratimo apie klinikinius iššūkius, susijusius su elektrodų implantavimu per invazinę smegenų operaciją“, – „Medical Xpress“ sakė atitinkamas šio straipsnio autorius Seung-Kyun Kang.
„Įprastiems didelio ploto elektrodams implantuoti į smegenis reikalinga didelė kaukolės pašalinimo operacija, todėl gali kilti didelė komplikacijų rizika, pvz., kraujavimas, patinimas, smegenų skysčio nutekėjimas ar infekcija. Po naudojimo smegenyse likę elektrodai gali sukelti nepageidaujamas imunines reakcijas. arba infekcijos, atsiradusios dėl bioplėvelės susidarymo, kurioms pašalinti reikia antrinės operacijos.
Komandos sukurtas palapinės elektrodas yra piramidės formos jutimo prietaisas, kuris paprastai naudojamas elektroencefalografijos (EEG) įrašams ir kitiems neurofiziologiniams duomenims rinkti.
„Mūsų sukurtas elektroninis palapinės elektrodas gali būti panaudotas naudojant švirkštą minimaliai invaziniu būdu, kad būtų galima išmatuoti smegenų signalus, o tada jis gali būti paragintas ištirpti ir išnykti kūne po naudojimo“, – sakė Kangas. „Mūsų technologija yra ypač perspektyvi tiksliai diagnostikai, tokiai kaip epilepsijos diagnozė, taip pat nervų protezavimas ir smegenų ir kompiuterio sąsajos (BCI), kurioms reikalinga sąsaja su įvairiais smegenų regionais.”
Komandos elektrodas turi palapinę primenančią struktūrą, kurią galima lengvai supakuoti ir išskleisti. Prietaisas iš dalies pagamintas iš formos atminties polimerų; lanksčios medžiagos, kurios gali atgauti savo pradinę formą po to, kai jas ištraukia arba suspaudžiama į siaurą gaubtą. Išnaudojus šių medžiagų savybes, elektrodus per mažą skylę galima lengvai įvesti į uždaras smegenų paviršiaus erdves.
„Mes taip pat integravome biologiškai skaidomus neorganinius elektroninius jutiklius, kurių storis yra nanometras, elektroninėje palapinėje, kad suteiktume lankstumo“, – paaiškino Kangas. „Dėl jutiklių mechaninio lankstumo galėjome pristatyti įvairius elektroninius prietaisus, nesugadindami jutiklių injekcijos metu, kad būtų galima matuoti įvairius neurofiziologinius signalus iš smegenų.
Pradiniai bandymai, kuriais buvo įvertintas komandos palapinių elektrodų veikimas, parodė, kad jie gali išlaikyti savo elektrines charakteristikas per visą savo eksploatavimo laiką ir visiškai suirti po naudojimo nepalikdami jokių likučių. Kol jie veikia, jutikliai gali užfiksuoti aplink juos esantį elektrinį aktyvumą ir perduoti surinktus duomenis į kitus įrenginius.
Kadangi jie yra biologiškai skaidūs ir netoksiški, Kango ir jo kolegų sukurtų naujų jutiklių nereikėtų išimti po to, kai jie patenka į žmogaus kūną. Ši funkcija yra labai patraukli įvairioms realaus pasaulio programoms, pradedant tiksliąja medicina ir baigiant saugių smegenų ir kompiuterių sąsajų (BCI) kūrimu.
„Elektroninė palapinė gali būti naudojama diagnozuojant epilepsiją, dėl kurios gali prireikti didelio ploto žemėlapio, kad būtų galima lokalizuoti paveiktas vietas“, – sakė Jae-Young Bae, pagrindinis šio straipsnio autorius. „Paprastai epilepsijos priepuoliai apima sudėtingus smegenų sričių tinklus, dažnai esančius giliai smegenyse. Elektrodų įdėjimas į šias gilias ir kelias sritis, siekiant tiksliai nustatyti priepuolių kilmę, gali sukelti didelę žalą. Be to, kadangi priepuoliai nėra pastovūs, dažnai reikia ilgesnio stebėjimo. “.
Esami epilepsijos diagnozavimo metodai apima smegenų veiklos kartografavimą per tam tikrą laikotarpį, paprastai apie dvi savaites. Tai dažnai daroma naudojant elektrodus, kurie gali užfiksuoti, kas vyksta smegenyse, todėl gydytojai gali nustatyti pacientų patirtų priepuolių kilmę.
Kai gydytojai galės diagnozuoti epilepsiją arba nustatyti kitus paciento priepuolių šaltinius, jie gali pradėti kurti tinkamas terapines intervencijas. Tačiau prieš tai jiems reikia chirurginiu būdu pašalinti implantuotus elektrodus iš paciento smegenų.
„Mūsų biologiškai skaidoma elektroninė palapinė gali sumažinti chirurginę naštą, susijusią su didelio ploto kartografavimo elektrodų implantavimu, ir pašalinti antrinės pašalinimo operacijos poreikį”, – paaiškino Bae. „Todėl palapinės elektrodas gali pasiūlyti minimaliai invazinį diagnostinį sprendimą, palyginti su tradiciniais metodais, kuriems reikėjo didelio ploto kaukolės pašalinimo, kad būtų galima įdėti elektrodą.”
Be to, kad būtų lengviau diagnozuoti epilepsiją ir kitas su smegenimis susijusias sąlygas, nauji palapinių elektrodai gali būti naudojami BCI kurti. Tai naujos sąsajos, galinčios sustiprinti žmogaus ir mašinos sąveiką ir padėti pacientų medicininei reabilitacijai.
„Pavyzdžiui, BCI gali padėti atgauti insultą sergančių pacientų motoriką ir kontroliuoti neuroprotezavimą ar išorines robotines sistemas“, – sakė Bae. „Didelio ploto BCI yra jautresni ir gali sudaryti sąlygas visapusiškai nustatyti smegenų regionus, tiksliau lokalizuoti nervų veiklą, padėti tirti sudėtingas smegenų funkcijas ir pagerinti terapinių intervencijų taikymą. Tačiau BCI technologija susiduria su iššūkiais, susijusiais su rizika. su invazinėmis procedūromis Tikimės, kad palapinės elektrodas gali sumažinti naudojimo BCI technologijoje riziką.
Šis neseniai atliktas Kango ir jo kolegų darbas netrukus galėtų prisidėti prie saugesnių BCI ir implantuojamų prietaisų, skirtų įvairioms sveikatos būklėms diagnozuoti, kūrimo. Kitų tyrimų metu mokslininkai taip pat planuoja ištirti galimybę naudoti įvairias biologiškai skaidomas medžiagas, kad būtų galima atlikti tikslines terapines intervencijas, tokias kaip chemoterapija ir fototerapija.
„Ateityje taip pat ketiname bendradarbiauti su klinikiniais partneriais, kad išbandytume mūsų biologiškai skaidžią elektroninių palapinių technologiją klinikinėse srityse“, – pridūrė Kang. „Tai leis mums atlikti lauko bandymus medicinos įstaigose, kad įvertintume mūsų technologijos veikimą ir degradaciją ne laboratorijoje. Galiausiai mūsų tikslas yra įtraukti šią biologiškai skaidžią elektroniką į medicinos prietaisus, suteikiant minimaliai invazinius diagnostikos ar gydymo sprendimus.”