Спинномозговые имплантаты можно делать 3D-печатью
С помощью 3D-принтера нейроинтерфейсные протезы можно изготавливать в полном соответствии с индивидуальными анатомическими особенностями
Чтобы наладить общение между электронным устройством, с одной стороны, и мышцей или нервами, с другой стороны, нужно устройство, которое называют нейроинтерфейсом. Такие устройства могли бы стать настоящим спасением для парализованных людей, у которых по той или иной причине разорвана связь между разными нервными центрами, или между нервными центрами и мышцами. Об одном из таких нейроинтерфейсов мы неоднократно писали: Павел Мусиенко, руководитель лаборатории нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ, и его коллеги из научных центров России и Швейцарии создали электрохимический имплантат, который устанавливают под твёрдую оболочку спинного мозга. Подробно о том, как он действует, мы сейчас говорить не будем, скажем только, что имплантат учит спинной мозг самому управлять движениями конечностей. И если из-за травмы позвоночника связь мышц с головным мозгом оказалась необратимо разорвана, такой имплантат позволяет в определённом смысле встать на ноги: спинной мозг возьмёт управление на себя.
Одна из главных особенностей этого имплантата была в том, что его сделали мягким: в гибкой полимерной основе размещались электроды из силиконово-платиновых наночастиц. К электродам вели «провода» из золота – металл был уложен слоями толщиной 35 нанометров, причём в слои специально вносили трещины, чтобы обеспечить гибкость и растяжимость «проводов». Спинной мозг подвержен постоянным физическим деформациям: мы ходим, то и дело поворачиваемся из стороны в сторону, наклоняемся и разгибаемся. Имплантат просто должен быть гибким и мягким.
Но одной только мягкости тут мало. Имплантат ставят на конкретное место и у конкретного человека (ну или у крысы, если мы говорим о лабораторных экспериментах). Все его размеры должны точно соответствовать индивидуальным особенностям. Никакого общего среднего имплантата для всех тут быть не может: кому-то он, может быть, подойдёт идеально, но у другого индивидуума, скажем, другого возраста или пола, он будет соединён с живой тканью уже неточно, приблизительно, и работать будет плохо. Выход – делать имплантаты под заказ, под конкретного человека. Однако обычные технологии, с помощью которых их изготавливают, требуют много времени, много денег и вообще не очень подходят с точки зрения повседневной клинической практики. С другой стороны, у нас есть другие технологии, которые позволяют очень быстро изготавливать предметы по индивидуальным параметрам. Это 3D-печать.
3D-принтеры уже давно используют в медицине: они, например, позволяют делать индивидуализированные сочленения между оставшейся после ампутации конечностью и протезом, или создавать индивидуализированные матрицы для пересадки в больную кость – на такой матрице будет восстанавливаться костная ткань. Павел Мусиенко с коллегами попробовали создать 3D-печатью имплантат для спинного мозга. Имплантат сделан из разных материалов, в нём есть проводящая часть и непроводящая, изолирующая. Чтобы создать предмет из материалов с разными физическими свойствами, исследователи объединили в одном роботе-принтере сразу три технологии 3D-печати. Эти технологии отличаются, грубо говоря, подачей «чернил» – то есть тем, как укладывается материал, из которого мы изготавливаем предмет. Опять же не вдаваясь в подробности, коротко скажем, что в одном случае субстрат наносится на поверхность каплями, в другом – выдавливается сплошной нитью или лентой, как паста из тюбика. Наконец, третья технологическая уловка заключается в том, что поверхность обрабатывают плазмой. После такой обработки поверхность активируется и лучше держит «чернила».
Разумеется, работоспособность напечатанного имплантата проверили – в экспериментах на кошках и на крысах. В статье в Nature Biomedical Engineering говорится что имплантат не раздражал живые ткани, хотя он оставался на спинном мозге 8 недель; он не отравлял нервы и почти не вызвал воспаления. С другой стороны, его электроды оставались функциональны, напечатанный имплантат не ломался от пребывания в живом организме. То есть его вполне можно использовать так, как и имплантаты, изготовленные привычным способом. При этом напечатанный имплантат, как было сказано выше, можно сделать не только быстрее, но и в точности подогнать под нужные анатомические параметры. Кроме того, в 3D-печать можно использовать другие, более дешёвые материалы, не теряя в качестве изделия. А значит, такие имплантаты (да и другие нейроинтерфейсные устройства) с помощью 3D-принтеров могут войти в повседневную клиническую практику.
