Implanty nerwowo-mięśniowe w skali nano
Połączenie nerwowo-mięśniowe to łącznik między komórkami nerwowymi (neuronami) a włóknami mięśniowymi w obwodowym układzie nerwowym, który stanowi ważny cel dla protetyki. Oferujące coraz wyższą rozdzielczość interfejsy niskoszumowe oparte na nanotechnologii dają nadzieję na opracowanie metody leczenia szeregu dysfunkcji spowodowanych chorobami neurodegeneracyjnymi lub urazami. Naukowcy europejscy z projektu MERIDIAN (Micro and nano engineered bi-directional carbon interfaces for advanced peripheral nervous system prosthetics and hybrid bionics) dokonali przełomu w opracowywaniu takich interfejsów przy wsparciu funduszy europejskich. W innowacyjnym rozwiązaniu zastosowali komunikację elektroda-pojedyncze włókno mięśniowe, która odbywa się niemal wewnątrzkomórkowo i uzyskiwana jest przez pobudzenie neuronów do wchłonięcia elektrod o grzybkowatym kształcie. Interfejsy te umożliwiły rejestrację lub stymulację o nieosiągalnej dotąd rozdzielczości i wyjątkowo wysokim odstępie sygnału od szumu. W ten sposób mięsień prążkowany może działać jako bio-wzmacniacz impulsów ruchowych wychodzących z OUN, które mogą być wykorzystane w protetyce sterowanej impulsami z mózgu. Powłoki z diamentu nanokrystalicznego, pokrywające elektrody o trójwymiarowym grzybkowatym kształcie, wykazują wyjątkowe właściwości elektrochemiczne, doskonałą stabilność mechaniczną i chemiczną oraz biozgodność. Przeprowadzono badania in vitro elektrod diamentowych w urządzeniach zewnątrz- i wewnątrznerwowych. Funkcjonalizacja powierzchni za pomocą peptydów sprzyja wchłonięciu przez neurony. Elektrody zostały połączone w układy mikroelektrod i przetworzone w celu otrzymania elastycznych implantów. Przeprowadzono testy wewnątrznerwowych samootwierających się wewnątrzpęczkowych elektrod (zwanych SELINE) wszczepionych do nerwu kulszowego szczura. Elektrody wewnątrznerwowe miały za zadanie dostarczyć czuciową informację zwrotną podczas stymulacji nerwowej u osoby po amputacji kończyny poniżej łokcia. Ponadto stała lub długoterminowa walidacja nowego projektu mikrowytwarzania trójwymiarowej wewnątrznerwowej elektrody wykazała, że istnieje potencjał do stymulacji implantów stałych. Naukowcy z projektu MERIDIAN opracowali również płaszczyznową elektrodę do regeneracji. Została ona wszczepiona do specjalnie wykonanych prowadnic nerwowych, umożliwiając regenerację aksonów poprzez kanał nad elektrodą. Wykorzystanie technologii cienkowarstwowych i nowoczesnych technologii dostarczania czynników wzrostu i neurotroficznych przez mikrosfery umożliwiło skonstruowanie urządzenia odpowiedniego dla nerwów obwodowych. Nowatorskie elektrody do implantów in vivo będą prezentowane w postaci dwukierunkowych urządzeń bionicznych działających w czasie rzeczywistym, służących do leczenia nietrzymania moczu oraz sterowania protezą ręki. Strategie regeneracji komórek nerwowych jeszcze bardziej przyspieszą rozwój protetyki.
Słowa kluczowe
Implanty nerwowo-mięśniowe, elektroda, protetyka, złoto, diament
