Изследователи от университета в Кеймбридж са разработили нов имплантируем невронен имплант, който съчетава стволови клетки с електроника и има потенциала да помогне на хора с ампутирани крайници или тези, които са загубили използването на крайниците си.
Развитието на имплантируемата невротехнология и клетъчната терапия предлагат потенциално ефективни лечения за тези с увреждания на периферната нервна система, тоест нервите, които се намират извън мозъка и гръбначния мозък. И двете се опитват да възстановят функцията на парализирани или ампутирани крайници, като заобикалят мястото на нараняване, за да взаимодействат със съществуващите нервни клетки, или като заменят увредените клетки с нови.
Има обаче и недостатъци. Що се отнася до замяната на увредени клетки, трансплантираните неврони могат да се борят да установят функционални връзки. И електродите не могат да работят ефективно без здрави работещи клетки, с които да взаимодействат, обикновено поради белег, който се е натрупал на мястото на нараняване. Освен това настоящите невротехнологии нямат способността да взаимодействат с различни видове неврони, отговорни за изпълнението на различни функции.
Потенциален отговор на тези въпроси се крие в биохибридно устройство, което съчетава човешки стволови клетки с биоелектроника, за да създаде по-ефективен нервен интерфейс. Сега изследователи от университета в Кеймбридж са направили точно това, създавайки революционно ново биохибридно устройство, което може да се интегрира с телесните тъкани.
Ключовата съставка на устройството са индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSC), възрастни клетки – обикновено кожни или кръвни клетки – които са били препрограмирани в лаборатория, за да станат като ембрионални стволови клетки, които могат да се развият във всеки друг тип клетка. Изследователите са използвали iPSC, за да създадат миоцити, клетките, които са градивните елементи на скелетните мускули. Това е първият път, когато iPSCs се използват в жив организъм по този начин.
iPSC бяха подредени в решетка върху микроелектродни масиви (MEAs), толкова тънки, че могат да се прикрепят към края на нерв. Това генерира слой от миоцити, който седи между електродите на устройството и живата тъкан. След това изследователите имплантирали биохибридното устройство в плъхове за тестване. Те прикрепиха покритата с клетки страна на устройството към отрязаните улнарни и медианни нерви в предните крака на плъховете. Тези нерви са избрани, защото те се доближават до наранявания на нервите на горните крайници на човека и свързаната с тях загуба на фини двигателни и сензорни функции.
В сравнение с контролната група, изследователите установиха, че устройството се интегрира в тялото на плъха и предотвратява образуването на белези. Освен това клетките, получени от iPSC, оцеляха четири седмици след имплантирането, първият път, когато клетките оцеляха в разширен експеримент от този вид.
„Тези клетки ни дават огромна степен на контрол“, каза д-р Дамиано Бароне, съавтор на изследването. „Можем да им кажем как да се държат и да ги проверяваме по време на експеримента. Поставяйки клетки между електрониката и живото тяло, тялото не вижда електродите, то вижда само клетките, така че не се генерира белег.“
След четири седмици изследователите тестваха имплантираните нерви и установиха, че те се държат като нормални нерви, което показва здрава нервна физиология. Докато плъховете не възстановяват движението на парализирания крайник, устройството може да открие сигнали, изпратени от мозъка, които контролират движението.
Новото устройство може да помогне на хората с ампутирани крайници, където предизвикателството се опитва да регенерира неврони и да възстанови увреждането на нервната верига, причинено от нараняване или ампутация.
„Ако някой има ампутирана ръка или крак, например, всички сигнали в нервната система са все още там, въпреки че физическият крайник го няма“, каза Бароун. „Предизвикателството с интегрирането на изкуствени крайници или възстановяването на функцията на ръцете или краката е извличането на информацията от нерва и достигането й до крайника, така че функцията да бъде възстановена.“
Изследователите казват, че тяхното устройство може да преодолее този проблем, като взаимодейства директно с невроните, които контролират двигателната функция.
„Този интерфейс може да революционизира начина, по който взаимодействаме с технологиите“, каза съавторът Ейми Рочфорд. „Чрез комбинирането на живи човешки клетки с биоелектронни материали създадохме система, която може да комуникира с мозъка по по-естествен и интуитивен начин.“
Устройството има предимства пред стандартните невронни импланти без стволови клетки. Малкият му размер означава, че може да се имплантира с помощта на хирургия на ключалката, а използването на лабораторно произведени стволови клетки го прави много мащабируем.
„Тази технология представлява вълнуващ нов подход към невронните импланти, който се надяваме да отключи нови лечения за пациенти в нужда“, каза д-р Алехандро Карнисер-Ломбарте, съавтор на изследването.
Устройството ще изисква допълнителни изследвания и задълбочени тестове, преди да бъде използвано върху хора, но представлява обещаващо развитие в невронните импланти. Изследователите работят върху оптимизирането на устройството и подобряването на неговата скалируемост.
Изследването е публикувано в сп Научен напредък.
източник: Кеймбриджкия университет
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
