Первый нетоксичный опыт управления дыханием и пульсом мыши прошел успешно

Российские учёные научились регулировать частоту дыхания и сердцебиения мыши дистанционно, сообщили в пресс-службе Сколтеха. Разработка направлена на создание более безопасной альтернативы электродам, используемым при эпилепсии и болезни Паркинсона. В основе нового метода учёных из Сколтеха, Института цитологии и генетики СО РАН и других научных центров лежит беспроводная стимуляция блуждающего нерва мыши с помощью нетоксичных магнитных микрочастиц, которые выполняли роль крошечных электродов и генерировали электрические импульсы в нервной ткани.

Хирургическая имплантация электродов в мозг инвазивна, но зачастую это единственная мера, способная помочь при тяжёлых формах эпилепсии, болезни Паркинсона, эссенциальном треморе и обсессивно-компульсивном расстройстве, когда лекарства бессильны. Метод также исследуют при болезни Альцгеймера, других формах деменции, синдроме Туретта, фармакорезистентной депрессии, наркомании, хронической и кластерной головной боли. Разрабатываемый подход с беспроводной стимуляцией рассматривается как перспективная и менее травматичная альтернатива.

Профессор Глеб Сухоруков, директор Центра био- и медицинских технологий Сколтеха, пояснил, что при всей пользе электродов вид пятисантиметрового металлического имплантата на снимке мозга заставляет искать менее травматичные решения. По его словам, исследователи работают над заменой электродов биосовместимыми микрочастицами, сопоставимыми по размеру с нейроном, которые можно вводить инъекционно. Учёный отметил, что инъекция в мозг всё ещё инвазивная процедура, однако она значительно менее опасна, чем имплантация электродов. Кроме того, он добавил, что при уменьшении частиц примерно в 10 раз станет возможна их усиленная назальная доставка.

Новые композитные микрочастицы выполнены в форме хоккейной шайбы из твёрдого биоразлагаемого полимера, напоминающего молочно-белый пластик. Внутри каждой частицы содержатся крошечные стержни из оксида железа. Ключевое преимущество этой разработки перед ранее известными аналогами — биосовместимость. В отличие от прежних вариантов с токсичными кобальтом или никелем, новые частицы не содержат вредных веществ. 

Процесс изготовления включает несколько этапов. Сначала магнитные наностержни смешивают с раствором полилактида и заливают в микролунки, размер которых соответствует будущим частицам. Затем материал кристаллизуется под действием магнитного поля и все стержни выстраиваются в одном направлении. После изготовления частицы доставляют к нужному нерву или участку мозга. В ходе эксперимента это сделали хирургически — контакт с блуждающим нервом мыши позволил проверить влияние на дыхание и сердцебиение. В реальных медицинских условиях вместо операции будут применяться инъекции или назальное введение.

При контакте с нейроном частица активируется переменным магнитным полем, стержни из оксида железа давят на полимер, а тот генерирует электрический импульс, возбуждающий клетку. Именно так в эксперименте удалось повлиять на дыхание и сердцебиение мыши. Как отметил Глеб Сухоруков, это первое доказательство того, что нетоксичные частицы способны управлять непроизвольными процессами: после превышения порога активации дыхание учащалось, а сердечный ритм замедлялся. Исследователь добавил, что метод универсален для дистанционной стимуляции нервов, и в этом году начнутся эксперименты на мышах с моделированием болезней и травм, в частности контузии.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.