Петербургские ученые разработали технологию 3D-печати персонализированных нейропротезов

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали технологию 3D-печати мягких нейропротезов NeuroPrint, в перспективе способную помочь ставить на ноги пациентов с травмами спинного мозга. Разработка уже показала свою эффективность в опытах на млекопитающих и рыбках данио-рерио.

Как сообщает пресс-служба СПбГУ, в исследовании также приняли участие ученые Института физиологии имени И. П. Павлова РАН, Российского научного центра радиологии и хирургических технологий имени А. М. Гранова, Санкт-Петербургского научно-исследовательского института фтизиопульмонологии Министерства здравоохранения РФ, Уральского федерального университета, Дрезденского технического университета и Шеффилдского университета.

По данным Всемирной организации здравоохранения более миллиарда человек, то есть около 15% населения Земли, имеют различные формы инвалидности. Кроме того, ежегодно до полумиллиона человек получают травмы спинного мозга, зачастую сопровождаемые потерей чувствительности и возможности ходить, а также нарушениями работы внутренних органов. Чтобы найти способы вернуть людям с инвалидностью здоровье, исследователи занимаются разработкой инвазивных нейропротезов, способных проводить электрический сигнал в спинной и головной мозг и восстанавливать утерянные функции. 

Одна из главных проблем — это подстройка нейропротезов к окружающим нервным тканям того или иного человека. Несмотря на биосовместимые эластичные материалы не всегда удается быстро адаптировать устройства под анатомические и возрастные особенности пациентов. Решение этой проблемы предложила команда ученых под руководством профессора Института трансляционной биомедицины СПбГУ Павла Мусиенко и профессора кафедры автоматического управления и системотехники Шеффилдского университета Ивана Минева. Ученые разработали технологию 3D-печати, позволяющую достаточно быстро изготавливать индивидуальные нейроимплантаты для восстановления и мониторинга двигательных функций и функций внутренних органов при поражениях нервной системы.

Персонализированный подход предусматривает использование технологии гибридной 3D-печати NeuroPrint. Основа будущего нейроимплантата печатается силиконом, заодно служащим изолирующим материалом. На основу наносятся микрочастицы платины или другого электропроводящего элемента, а затем проводится активация поверхности при помощи холодной плазмы. Количество и конфигурацию электродов можно менять, получая устройства для имплантации в ткани спинного, головного мозга или мышц. Среднее время производства от создания проекта до получения прототипа может составлять всего двадцать четыре часа. 

«Благодаря этой технологии процесс создания нейроимплантатов может существенно ускориться и подешеветь. Учитывая компактность оборудования и универсальность подхода нельзя исключать, что в будущем можно будет изготавливать индивидуальные нейроимплантаты для конкретных пациентов прямо в больницах, в полной мере следуя принципам персонализированной медицины и максимально сокращая стоимость и сроки поставок», — рассказывает заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ, доктор медицинских наук Павел Мусиенко.

Нейробиологи уже испытали технологию NeuroPrint на различных модельных объектах — млекопитающих и рыбках данио-рерио. Опыты показали, что новые нейроимплантаты демонстрируют высокий уровень биоинтеграции и функциональной стабильности, а также не уступают своим аналогам в работе с восстановлением двигательных функций конечностей и контролем функций мочевого пузыря. Кроме того, ученые смогли напечатать мягкие имплантаты, по форме и механическим характеристикам близкие к наружной соединительнотканной оболочке мозга. Это важное достижение, поскольку многие научные эксперименты невозможно провести из-за слишком жестких нейрональных имплантатов, не подходящих к мягким структурам нервной ткани. Также, это ограничивает их применение в клинической практике. 

«Мы опробовали разработку в опытах на свободно двигающихся крысах для хронических отведений электрокортикальных сигналов коры головного мозга — это необходимый элемент нейрокомпьютерного интерфейса. А в опытах на парализованных животных электрическая стимуляция нейронных сетей эффективно восстанавливала локомоторную функцию. Таким образом, технология NeuroPrint открывает новые возможности как для фундаментальных исследований центральной нервной системы, так и для нейропротезирования при заболеваниях и травмах», — поясняет Павел Мусиенко.

Исследование поддержано грантами Санкт-Петербургского государственного университета, Европейского исследовательского совета, Дрезденского технического университета, Российского фонда фундаментальных исследований, Немецкого научно-исследовательского общества (DFG) и Фонда Фольксвагена. Результаты опубликованы в научном журнале Nature Biomedical Engineering. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.