Ученые предложили применять для стимуляции нейрона магнитные микрокатушки
Улучшенный метод стимуляции нейронов, который позволяет выбирать зону стимуляции в масштабе одного нейрона, разработали специалисты из Университета Миннесоты, 23 апреля сообщает сайт новостей науки EurekAlert.
Нейронная стимуляция уже давно используется медициной для лечения многих заболеваний нервной системы. Она заключается в подаче извне энергии к нейронам, которая стимулирует их рост и помогает восстановлению связей с соседними нейронами.
Такой метод применяется при лечении эпилепсии, болезни Паркинсона, хронической боли и некоторых психических заболеваний. Существующие устройства стимуляции нейронов эффективны, но им не хватает точности, необходимой для некоторых применений, например, таких как кохлеарные имплантаты для восстановления слуха или стимуляторы блуждающего нерва.
В статье «Планарные микрокатушки для микромагнитной активации нейронов на клеточном уровне in vitro», опубликованной в Journal of Vacuum Science & Technology B издательства Американского института физики (AIP), исследователи из Университета Миннесоты описали, как они применили массив микроскопических катушек — микроспиралей — для создания магнитного поля и стимуляции отдельных нейронов.
Первый автор исследования, сотрудница кафедры электротехники и вычислительной техники университета Рената Саха отметила:
«На рынке представлены несколько устройств нейростимуляции — некоторые уже одобрены FDA (агентство по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств в США — прим. ИА Красная Весна) для испытаний на пациентах, некоторые ожидают одобрения. Но у каждого из них есть один недостаток — они стимулируют большую популяцию нейронов, включая соседние клетки, которые не должны подвергаться стимуляции. Индустрия медицинского оборудования находится в поиске устройства или технологии, которая сможет стимулировать нейроны с разрешением в одну клетку».
Саха и ее команда решили вместо электрода использовать магнитные катушки из проволоки. Еще более двух столетий назад английский физик Майкл Фарадей открыл, что электрический ток, проходящий через катушку с проводом, может создавать магнитное поле. Это магнитное поле затем может индуцировать электрическое поле в любых близлежащих нейронах — тот же эффект, который создается электродом при нейростимуляции, но гораздо более точно направленный в случае микрокатушек.
Но и у этой технологии есть существенный недостаток. «Чтобы достичь желаемого порога напряженности электрического поля, способного стимулировать нейроны необходимо, чтобы на эти микроспирали подавался чрезвычайно большой ток, — пояснила Саха. — Он почти в три раза больше тока, который необходим для возбуждения электрода для достижения того же порога».
Решая эту проблему, команда исследователей внесла два усовершенствования: вместо одной микрокатушки они использовали набор из восьми катушек, которые в совокупности могут индуцировать электрические поля, используя гораздо меньший ток на катушку, а также применили сердечники для микрокатушек из магнитомягких материалов, которые повысили магнитную силу катушек.
«Использование этих магнитомягких материалов в сердечниках микрокатушек увеличивает электрическое поле без необходимости увеличения тока через микроспирали», — указала Саха.
Исследователи сконструировали прототип массива микрокатушек, назвав его MagPatch, и заключили его в биосовместимое покрытие. Затем они протестировали MagPatch на клетках нейробластомы человека, чтобы продемонстрировать его эффективность. Магнитные поля воздействовали на клетки, не нарушая покрытие, что позволяет предположить возможность использования такого устройства в клинических условиях.
Авторы планируют продолжить разработку и тестирование MagPatch, чтобы убедиться в его безопасности и полезности. Они надеются, что это устройство поможет улучшить кохлеарные имплантаты следующего поколения.
