Нейробиологи из Швеции разработали пластик, который в ответ на электрические импульсы выделяет те же вещества, что и нервные клетки во время передачи сигналов. Новое изобретение позволит в будущем возвращать слух и создавать более совершенные протезы.
В своей работе исследователи из Университета Линчёпинга, Каролинского института и Центра органической электроники проверяли возможность создания материала, который бы передавал сигнал клеткам мозга не при помощи электрического импульса, а так, как это делают другие нервные клетки, - выделяя химические вещества.
Химический мозг
Замена электрического сигнала на химический на практике означала большую избирательность: если электрический ток действует на все клетки, то нейромедиатор - специфическое для нейронов вещество - раздражает только клетки с особыми рецепторами. Мозг использует множество разных нейромедиаторов, что и обеспечивает точность передачи сигнала: его принимают только те, кому он предназначен. При вживлении искусственных органов чувств медики, например, должны позаботиться и об избирательности поступления соответствующих сигналов.
Более того, нарушение баланса нейромедиаторов приводит к тому, что какие-то сигналы передаются лучше, а какие-то - хуже. Если у пациента начинают гибнуть клетки, производящие нейромедиатор дофамин, то страдают нейронные сети, обеспечивающие в том числе и координацию движений: конечности начинают мелко дрожать, а выполнение элементарных движений затрудняется, развивается болезнь Паркинсона. А если дофамина вдруг оказывается слишком много, симптомы отчасти напоминают шизофрению. Нехватка серотонина наблюдается при депрессии, а действие всех психоактивных веществ, от этилового спирта до LSD, также связано с изменениями химического взаимодействия между клетками.
От подбора пластика до слуховых аппаратов
На пути к пластиковым нейронам-электродам, которые бы давали такой же сигнал, как и настоящие нервные клетки, ученым пришлось решить несколько проблем. Во-первых, сам пластик должен был быть совместим с организмом и не вызывать отторжения, а тем более быть токсичным. Во-вторых, он должен был выделять нейромедиатор при подведении электрического напряжения, но при этом напряжение само по себе не должно было стимулировать соседние клетки. В-третьих, выделение должно было быть достаточно контролируемым.
Все эти проблемы ученым оказались под силу (их опыт подробно описан в журнале Nature Materials), и новые электроды вживили в мозг подопытных морских свинок, где они успешно меняли слуховой порог животных. Если общий размер установки удастся уменьшить, то можно будет говорить и о возможности вживления в область внутреннего уха устройств и для глухих людей.
Внутреннее ухо человека. В правой части - улитка, внутри которой расположено множество чувствительных к колебаниям рецепторов. При поражении улитки при помощи новых электродов врачи смогут подключать слуховой аппарат непосредственно к нервным клеткам.
Внутреннее ухо человека. В правой части - улитка, внутри которой расположено множество чувствительных к колебаниям рецепторов. При поражении улитки при помощи новых электродов врачи смогут подключать слуховой аппарат непосредственно к нервным клеткам.
Сейчас развитию вживляемых устройств мешает в том числе низкая избирательность при передаче сигнала: электрический импульс раздражает не только целевые нервные клетки, но их соседей. Технология пластикового нейрона позволит создать электроды, которые подобны настоящим нейронам и обеспечивают сопоставимую точность передачи сигнала.
Не только протезы
Впрочем, сообщается в пресс-релизе Каролинского института, создание более совершенной вживляемой электроники для восстановления утраченных функций не исчерпывается областью потенциального применения нового изобретения. Оно может помочь везде, где дисбаланс нейромедиаторов неустраним лекарственными средствами и приводит к серьезным последствиям. Эпилепсия и уже упоминавшая выше болезнь Паркинсона - болезни, для лечения которых в первоочередном порядке возможно применение пластиковых нейронов.
Химический мозг
Замена электрического сигнала на химический на практике означала большую избирательность: если электрический ток действует на все клетки, то нейромедиатор - специфическое для нейронов вещество - раздражает только клетки с особыми рецепторами. Мозг использует множество разных нейромедиаторов, что и обеспечивает точность передачи сигнала: его принимают только те, кому он предназначен. При вживлении искусственных органов чувств медики, например, должны позаботиться и об избирательности поступления соответствующих сигналов.
Более того, нарушение баланса нейромедиаторов приводит к тому, что какие-то сигналы передаются лучше, а какие-то - хуже. Если у пациента начинают гибнуть клетки, производящие нейромедиатор дофамин, то страдают нейронные сети, обеспечивающие в том числе и координацию движений: конечности начинают мелко дрожать, а выполнение элементарных движений затрудняется, развивается болезнь Паркинсона. А если дофамина вдруг оказывается слишком много, симптомы отчасти напоминают шизофрению. Нехватка серотонина наблюдается при депрессии, а действие всех психоактивных веществ, от этилового спирта до LSD, также связано с изменениями химического взаимодействия между клетками.
От подбора пластика до слуховых аппаратов
На пути к пластиковым нейронам-электродам, которые бы давали такой же сигнал, как и настоящие нервные клетки, ученым пришлось решить несколько проблем. Во-первых, сам пластик должен был быть совместим с организмом и не вызывать отторжения, а тем более быть токсичным. Во-вторых, он должен был выделять нейромедиатор при подведении электрического напряжения, но при этом напряжение само по себе не должно было стимулировать соседние клетки. В-третьих, выделение должно было быть достаточно контролируемым.
Все эти проблемы ученым оказались под силу (их опыт подробно описан в журнале Nature Materials), и новые электроды вживили в мозг подопытных морских свинок, где они успешно меняли слуховой порог животных. Если общий размер установки удастся уменьшить, то можно будет говорить и о возможности вживления в область внутреннего уха устройств и для глухих людей.
Внутреннее ухо человека. В правой части - улитка, внутри которой расположено множество чувствительных к колебаниям рецепторов. При поражении улитки при помощи новых электродов врачи смогут подключать слуховой аппарат непосредственно к нервным клеткам.
Внутреннее ухо человека. В правой части - улитка, внутри которой расположено множество чувствительных к колебаниям рецепторов. При поражении улитки при помощи новых электродов врачи смогут подключать слуховой аппарат непосредственно к нервным клеткам.
Сейчас развитию вживляемых устройств мешает в том числе низкая избирательность при передаче сигнала: электрический импульс раздражает не только целевые нервные клетки, но их соседей. Технология пластикового нейрона позволит создать электроды, которые подобны настоящим нейронам и обеспечивают сопоставимую точность передачи сигнала.
Не только протезы
Впрочем, сообщается в пресс-релизе Каролинского института, создание более совершенной вживляемой электроники для восстановления утраченных функций не исчерпывается областью потенциального применения нового изобретения. Оно может помочь везде, где дисбаланс нейромедиаторов неустраним лекарственными средствами и приводит к серьезным последствиям. Эпилепсия и уже упоминавшая выше болезнь Паркинсона - болезни, для лечения которых в первоочередном порядке возможно применение пластиковых нейронов.
Обсуждения Пластиковые нервы