Жидкие электроды твердеют внутри живых тканей
Проводящий материал для электрода можно ввести в организм в виде геля, который идеально ляжет внутри живой ткани и не будет её травмировать.
Огромное число экспериментов в биологии проводится с внедрением электродов в живую ткань. В первую очередь, это исследования мозга, хотя если мы хотим узнать, как формируются и работают нервы в коже, или в мышцах, или в других органах, как работают сами мышцы, как сокращается сердце, то тут электроды тоже очень помогают. Они передают электрические сигналы из органа на исследовательскую аппаратуру и позволяют самому экспериментатору отправить какой-нибудь сигнал в орган.
Конечно, одной чистой наукой применение электродов не ограничивается. В кардиостимуляторах они передают сердцу импульсы, настраивающие сердечную мышцу на правильный ритм; у больных эпилепсией электроды в мозге помогают определить участок, с которого начинаются приступы; электроды в спинном мозге помогают вернуть подвижность парализованным рукам или ногам; электроды нейрокомпьютерных интерфейсов соединяют мозг с внешними электронными устройствами — примеры можно множить и множить.
Проблема, однако, в том, что, внедряя электрод в живую ткань, мы её травмируем. Пусть электрод очень тонкий, очень мягкий и гибкий, он всё равно что-то повреждает. Абсолютной гибкости в нём нет, он не может полностью подстроиться под окружающую ткань, и от этого случаются микротравмы. Начинается воспаление; соединительная ткань разрастается, чтобы сформировать рубец и закрыть травмированные зоны. Для организма такое микровоспаление и микрорубцевание, может, не так уж страшны, однако эти процессы портят сам электрод. Он перестаёт работать, его нужно менять на другой, чтобы потом поменять и его. В общем, было бы хорошо, если бы у нас был какой-то проводящий материал, который можно было внедрить в живое тело, не провоцируя защитных разрушительных реакций. Такой материал должен идеально ложиться в абсолютно любое место в живой ткани.
В статье в Science сотрудники Университета Линчёпинга и Лундского университета описывают жидкие электроды: их в виде геля вводятся в ткань, где гель полимеризуется в гибкий проводящий субстрат, который идеально прилегает к окружающей ткани. Полимеризацию запускают два фермента, которые добавляют в гель, а начинается всё с глюкозы или молочной кислоты, которые проникают в электродный гель, когда его вводят в организм. Эксперименты ставили с полосатыми данио: гель внедряли рыбам в мозг, сердце и хвостовой плавник. После полимеризации гель синел, что было особенно хорошо видно в рыбьем хвосте, при этом рыбы оставались живы и никаких повреждений в органах с гелем не появлялось. Аналогичный опыт поставили с пиявками, у которых через электрод заставили сокращаться мышцы.
Правда, чтобы заставить сокращаться мышцы у пиявок, их нужно было надрезать. Электрод, пусть и идеально лёгший в ткань, должен иметь какой-то выход наружу. То есть гель нужно вводить так, чтобы у него был открытый контакт на поверхности тела. Впрочем, тут можно рассчитывать на какие-нибудь беспроводные технологии, с помощью которых можно будет подавать сигнал на полностью закрытый электрод, сидящий глубоко в теле.
Ещё есть некоторые вопросы к тому, насколько точно такой электрод будет действовать. Пусть мы хотим с его помощью стимулировать определённую группу нейронов — не получится ли так, что кроме этой группы мы будем стимулировать что-то ещё? В общем, предстоит ещё много экспериментов, прежде чем такие электроды начнут заливать в людей.
