Учёные создали игольчатый имплантат для мозга, выполняющий три задачи одновременно

Исследователи из Технического университета Дании (DTU), Копенгагенского университета, Университетского колледжа Лондона и ряда других институтов разработали длинный игольчатый электрод для мозга, оснащённый микроскопическими каналами. Устройство получило название microfluidic Axialtrode (mAxialtrode) — микрофлюидный аксиальный электрод.

Разработка предназначена для создания множества функциональных точек по всей длине имплантата. Это позволяет регистрировать нейронную активность и доставлять препараты в конкретные участки разных отделов мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.

Пока технология рассматривается прежде всего как исследовательский инструмент. Учёные смогут изучать, как сигналы проходят через разные слои мозга в процессах, связанных с эпилепсией, памятью и принятием решений.

В перспективе mAxialtrode может найти и терапевтическое применение — например, для доставки лекарств в точные участки с одновременной электрической или световой стимуляцией выбранных зон мозга.

Постдок Куньян Суй, разработавший концепцию mAxialtrode вместе с доцентом Христосом Маркосом, отмечает, что главное преимущество — объединение нескольких возможностей в одном имплантате. Это позволит проводить более точные эксперименты и сократить число устройств, вводимых в мозг.

«Большинство современных имплантатов для мозга основаны на твёрдых материалах, таких как кремний, которые могут раздражать мозг и вызывать воспалительные реакции в тканях. Новый имплантат отличается тем, что сделан из мягких оптических волокон, похожих на пластик, и имеет специально скошенный наконечник — это делает его меньше и снижает повреждения при установке в мозг», — говорит Куньян Суй.

Он предупреждает, что до рутинного клинического применения технологии ещё далеко: потребуются масштабные испытания, дополнительная разработка и одобрение регуляторов.

Сегодня исследователи мозга во многих экспериментах используют оптические волокна с плоским торцом. Эти тонкие волокна из стекла или пластика проводят свет в глубокие области мозга и часто применяются в оптогенетике — методике, при которой конкретные нервные клетки активируются светом.

Однако у обычных волокон есть важное ограничение: они взаимодействуют с тканью мозга только на конце, то есть стимулировать или отслеживать можно лишь одну точку за раз. В результате учёные вынуждены измерять или стимулировать один слой мозга, хотя многие функции зависят от связи нескольких слоёв и глубинных структур.

Игольчатый mAxialtrode начинается как крупный полимерный стержень. Материал нагревают и вытягивают в чрезвычайно тонкое волокно — примерно как тонкую нить сахара, но с гораздо большей точностью. Через центр волокна проходит светопроводящее ядро, вокруг которого расположены восемь микроскопических каналов для транспортировки жидкостей. В этих каналах также могут размещаться сверхтонкие металлические провода для измерения электрической активности мозга.

Готовое волокно имеет диаметр менее половины миллиметра и обладает высокой гибкостью — оно движется вместе с тканью мозга, а не давит на неё жёстко. Эта разница в жёсткости важна, поскольку твёрдые имплантаты при длительном нахождении в мозге могут вызывать воспалительные реакции.

Систему протестировали не только в лаборатории, но и «in vivo» — на живых мышах. Электрод имплантировали в мозг животных и подключали к источникам света, записывающему оборудованию и небольшим насосам для подачи жидкостей.

Эксперименты показали, что устройство способно стимулировать нервные клетки синим и красным светом. Одновременно исследователи регистрировали электрическую активность как в поверхностных, так и в более глубоких отделах мозга, включая кору и гиппокамп. Также удалось вводить разные вещества на разной глубине с точками доставки на расстоянии почти трёх миллиметров друг от друга. Все измерения и стимуляции выполнялись с помощью одного лёгкого волокна, которое мыши переносили без явных признаков дискомфорта.

Эксперименты in vivo и нейрофизиологическую валидацию проводили в тесном сотрудничестве с доцентом Руне В. Бергом из Копенгагенского университета и доцентом Робом К. Уайксом из Университетского колледжа Лондона. Их вклад включал экспертизу в анализе нейронных цепей и моделей, связанных с эпилепсией.

Сейчас команда работает над патентованием технологии. Учёные также изучают, что потребуется для начала тестирования устройства на пациентах в клинических условиях.

Источники:

Kunyang Sui, Neela K. Codadu, Daman Rathore, Guanghui Li, Marcello Meneghetti, Anders L. Bøcker, Rune W. Berg, Rob C. Wykes, Christos Markos. Multimodal Layer‐Crossing Interrogation of Brain Circuits Enabled by Microfluidic Axialtrodes. Advanced Science, 2026; 13 (18) DOI: 10.1002/advs.202519744