В новом выпуске "Дайджеста" новостей аватар-технологий от общественного движения "Россия 2045" речь пойдет об имплантируемом интерфейсе мозг-машина; о первой в мире успешной заморозке и разморозке головного мозга без повреждения нервных клеток; о новом методе "сварки" нейронов с помощью лазера; о создании миниатюрного мозга. Кроме того, в этом выпуске – "система печати интегрированных тканей и органов", уникальный 3D-биопринтер, способный производить новые ткани для трансплантации.
1. Уникальный интерфейс мозг-машина
Австралийские ученые создали имплантируемый интерфейс мозг-машина, который вернет парализованным людям способность передвигаться, контролируя экзоскелет силой мысли. Устройство, по размеру сопоставимое с канцелярской скрепкой, будет испытано в Королевской больнице Мельбурна в 2017 году.
Прибор получил название стентрод, он состоит из электрода на стенте, имплантируемого в кровеносный сосуд головного мозга пациента, а также из передатчика, вводимого под кожу в передней части плеча. После установки устройство способно регистрировать и записывать сигналы, идущие от двигательной коры головного мозга. После этого сигналы передаются к экзоскелету или искусственным конечностям, приводя их в движение. Использование стентрода позволит отказаться от операции на открытом мозге – установка устройства не требует хирургического вмешательства и сопряжена с минимальным риском.
Доклинические испытания на овцах продемонстрировали биологическую совместимость прибора, а также способность захватывать высококачественные (до 190 герц) сигналы моторной коры мозга. Ранее подобных результатов удавалось добиться лишь с помощью сложных хирургических имплантаций. Новое устройство сможет вернуть подвижность пациентам с повреждениями спинного мозга, а также тем, кто перенес тяжелый инсульт. Однако прежде чем стентрод станет доступен в продаже, пройдет не менее пяти-семи лет.
2. Заморозка и разморозка мозга
Исследователям из Фонда сохранения мозга впервые удалось заморозить, а потом разморозить мозг млекопитающего. Замораживание и последующая разморозка проводились очень аккуратно, что позволило сохранить целостность клеточных мембран, синапсов и избежать повреждения внутриклеточных структур.
В мозг кролика вводился глутар-альдегид, после чего орган в течение четырех часов охлаждался до -130 градусов, одновременно вводился жидкий криопротектор. При размораживании исследователи медленно нагрели мозг, а потом удалили криопротектор. Авторы поясняют, что в результате постепенного замораживания и аккуратного размораживания не был поврежден ни один синапс. Сохранность тканей мозга до и после процедуры была проанализирована с помощью электронной микроскопии.
Новая методика, получившая название "криосохранение со стабилизацией альдегидом", в ближайшее время будет опробована на более крупном органе – мозге свиньи. Однако, несмотря на впечатляющие результаты, авторам не удалось проверить, насколько функциональными остались нейроны после разморозки.
3. "Сварки" нейронов с помощью лазера
Канадские исследователи из Университета Альберты разработали метод "сварки" нейронов с помощью лазера. До этого принудительно соединить аксон одной нервной клетки с телом другой никому не удавалось. Ученые использовали в своем эксперименте околоинфракрасный лазер. Они поместили два изолированных нейрона в питательную среду и подвели аксон одного из них к телу другого. Затем в место их контакта с точностью 0,5 микромЕтра подавали фемтосекундные лазерные импульсы.
В результате такого воздействия мембраны нейронов объединились, прочно соединив клетки. В существующем виде разработка предназначена в первую очередь для ученых-нейробиологов, которые с ее помощью смогут прицельно соединять интересующие их нейроны. В перспективе возможно ее применение для восстановления поврежденных нервных волокон.
4. Миниатюрный мозг
Исследователи из Университета Джонса Хопкинса создали миниатюрный мозг, который можно использовать для изучения действия лекарств, а также для выяснения причин развития различных нейродегенеративных заболеваний. Выращивание мини-мозга 350 микромЕтров в диаметре из стволовых клеток занимает восемь недель. Процедура довольно проста, а исследования на таком мозге могут заменить эксперименты на животных.
Дело в том что 99% лекарств, успешно опробованных на животных, оказываются бесполезны для человека. Новая методика позволит вырастить миниатюрный мозг из клеток пациентов, страдающих тем или иным заболеванием, что даст возможность протестировать на модели лекарство, подобрав наиболее подходящую терапию. Исследователи надеются, что в перспективе им удастся использовать мини-мозг для разработки препаратов, эффективно справляющихся с болезнями Альцгеймера, Паркинсона и аутизмом.
5. Инновационный 3D-биопринтер
Ученые из Института регенеративной медицины в Уэйк Форесте создали Систему печати интегрированных тканей и органов – по сути, инновационный 3D-биопринтер, способный производить новые ткани для трансплантации. Для доказательства работоспособности своего изобретения ученые напечатали часть челюстной кости, мышцу, а также различные хрящевые структуры, в том числе и удивительно пропорциональное человеческое ухо.
Проблема современных биопринтеров заключается в том, что они не могут производить ткани определенного размера и прочности и неспособны воспроизводить кровеносные сосуды, без которых ткани и органы не получают жизненно необходимые питательные вещества и кислород. Новая система биопечати позволяет решить эти проблемы. Перед созданием новой ткани ученые разрабатывают специальную форму из биосовместимых полимерных материалов. После чего специальный нетоксичный гель на водной основе доставляет новые клетки к этой структуре.
Временная внешняя форма позволяет удерживать форму печатаемого объекта до завершения процедуры. Специальная система микроканалов доставляет к клеткам питательные вещества и кислород. Как только трехмерный биопринтер пройдет все необходимые испытания и получит сертификат безопасности, его можно будет использовать для производства и замены поврежденных, утраченных или пораженных болезнью живых тканей пациентов, причем в индивидуальном порядке, с учетом уникальных особенностей анатомии пациента.
