Учені створили живий нейронний інтерфейс для відновлення функції кінцівок

Дослідники з Кембриджського університету розробили біогібридний пристрій, який поєднує стовбурові клітини людини з біоелектронікою для створення ефективнішого нейронного інтерфейсу, вирішуючи проблеми наявних нейротехнологій. Проривний пристрій може інтегруватися в тканини організму та був протестований на щурах, пише New Atlas.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та захопливі новини зі світу науки!

Останні досягнення в галузі нейротехнологій, що імплантуються, і клітинної терапії пропонують потенційні рішення для людей з пошкодженнями периферичної нервової системи — нервів, розташованих за межами головного і спинного мозку. Ці методи лікування спрямовані на відновлення функцій паралізованих або ампутованих кінцівок шляхом взаємодії з наявними нервовими клітинами або заміни пошкоджених клітин на нові.

Проте ці підходи мають обмеження. Пересаджені нейрони можуть важко встановлювати функціональні зв'язки, що перешкоджає заміні пошкоджених клітин. Крім того, для взаємодії з електродами необхідні здорові робочі клітини, що утруднено через утворення рубцевої тканини у місцях ушкодження. У наявних нейротехнологіях також відсутня можливість взаємодії з різними типами нейронів, які відповідають за виконання різних функцій.

У пристрої, який розробили вчені з Кембриджу, використовуються індуковані плюрипотентні стволові клітини (ІПСК) — дорослі клітини, які були перепрограмовані в лабораторії, щоб стати схожими на ембріональні стволові клітини. Дослідники використовували ІПСК для створення міоцитів — клітин, з яких складаються скелетні м'язи, розташувавши їх у вигляді сітки на мікроелектродних решітках (МЕР), досить тонких, щоб прикріпити їх до нервового закінчення. Шар міоцитів розташовувався між електродами пристрою та живою тканиною.

Біогібридний пристрій було імплантовано щурам для тестування, при цьому покрита клітинами сторона пристрою була прикріплена до відрізаних ліктьового та серединного нервів на передніх лапах щурів. Ці нерви приблизно відповідають ушкодженням нервів верхніх кінцівок людини та пов'язаної з ними втратою тонких моторних і сенсорних функцій. Це перший випадок використання ІПСК у живих організмах у такий спосіб.

Порівняно з контрольною групою, біогібридний пристрій інтегрувався з тілом щура і запобіг утворенню рубцевої тканини, а клітини, отримані з ІПСК, вижили протягом чотирьох тижнів після імплантації — це перший випадок, коли клітини вижили після такого експерименту.

За словами доктора Даміано Бароне, співавтора дослідження, клітини забезпечують високий ступінь контролю, оскільки дослідники можуть керувати їхньою поведінкою та спостерігати за ними протягом усього експерименту. Клітини були розміщені між електронікою та живою тканиною, що дозволило організму бачити лише клітини, а не електроди, що запобігло утворенню рубцевої тканини.

Дослідники перевірили імплантовані нерви через чотири тижні та спостерігали нормальну поведінку нервів, що свідчить про здорову нейронну фізіологію. Хоча щури не відновили руху паралізованої кінцівки, пристрій міг виявляти сигнали, що посилаються мозком для управління рухом.

Цей новий біогібридний пристрій може допомогти людям з ампутованими кінцівками, вирішивши проблему регенерації нейронів і відновлення пошкоджень нервового ланцюга, спричинених травмою або ампутацією.

Доктор Бароне пояснив, що якщо в людини ампутована кінцівка, всі сигнали в нервовій системі зберігаються, навіть незважаючи на відсутність фізичної кінцівки. Проблема полягає у вилученні інформації з нерва та відновленні функції кінцівки, яку, на думку дослідників, їх пристрій може вирішити шляхом прямої взаємодії з нейронами, що контролюють рухову функцію.

Співавторка першого дослідження Емі Рочфорд зазначила, що цей біогібридний пристрій може здійснити революцію у взаємодії людини з технологіями, взаємодіючи з мозком більш природним та інтуїтивним способом завдяки поєднанню живих людських клітин і біоелектронних матеріалів. Використання вирощених у лабораторії стовбурових клітин і малі розміри пристрою також роблять його легко масштабованим та імплантованим через замкову свердловину, на відміну від стандартних нейронних імплантатів, що не містять стовбурових клітин.

Хоча пристрій вимагає подальших досліджень і всебічного тестування перед використанням людиною, воно є перспективною розробкою в галузі нейронних імплантатів. Наразі дослідники працюють над оптимізацією і масштабуванням пристрою для подальшого використання. Доктор Алехандро Карнісер-Ломбарте, один із перших авторів дослідження, висловив хвилювання щодо потенціалу цієї технології для відкриття нових методів лікування для нужденних пацієнтів.

Раніше Фокус писав про дивовижну знахідку. У Борнео знайшли свідчення найранішої ампутації у світі.