Графеновый нейроимплант для лечения болезни Паркинсона вскоре испытают на людях
Интерфейс «мозг-компьютер» (BCI) позволяет записывать сигналы мозга и передавать их на компьютер для анализа. Технология уже используются для медицинской диагностики, коммуникации людей с проблемами речи, а также управления внешним оборудованием, включая роботизированные конечности. Однако компания Inbrain намерена использовать BCI для лечения пациентов с неврологическими заболеваниями, например, болезнью Паркинсона.
Ключевое преимущество графенового чипа Inbrain заключается в том, что он может не только считывать, но и стимулировать мозг. Это стало возможным благодаря отсутствию фарадеевских реакций. Когда электроды имплантатов погружаются в мозг или находятся в тесном контакте с его живыми тканями, это можно сравнить с погружением металла в электролит. Даже при прохождении слабого электрического сигнала на границе между электролитом и металлом происходят фарадеевские реакции. Эти электрохимические окислительно-восстановительные процессы со временем снижают эффективность электродов.
Inbrain заменила металлы на графен — материал с большой электропроводностью. Графен по сути является углеродом, и в электролите он не окисляется и не восстанавливается. Чип способен передавать в 200 раз больший заряд без возникновения фарадеевских реакций. Это позволяет считывать импульсы с нервной ткани пациента и, в случае необходимости, возвращать ей стимулирующие импульсы повышенной мощности без опасения ухудшить работу электродов. В результате этот материал остается стабильным на протяжении миллионов импульсов стимуляции, необходимых для терапии. Inbrain пока не проводит испытания чипа для стимуляции мозга, но рассчитывает достичь этой цели в ближайшем будущем.
В компании заявляют, что процесс производства достаточно прост. Графеновый чип Inbrain производится на пластине с использованием традиционных технологий полупроводниковой промышленности. В условиях стерильных чистых комнат Inbrain изготавливает 10-микрометровый чип, состоящий из «точек графена» размером от 25 до 300 микрометров. Микрометровый масштаб обеспечивает высокое разрешение считывания сигналов мозга и точную стимуляцию.
Первые испытания на людях пройдут в Университете Манчестера во время операции по удалению опухоли головного мозга. Чип будет выступать регистратором здоровой ткани и поможет хирургам с высокой точностью определить границы опухоли и сохранить неповрежденные ткани мозга. Команда Inbrain уже проверила биосовместимость чипа на основе графена с использованием крупных животных. Технологию также планируют использовать для лечения пациентов с болезнью Паркинсона. Система Inbrain получила статус Breakthrough Device (прорывного устройства) от Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарствами США в сентябре прошлого года в качестве вспомогательной терапии для лечения болезни Паркинсона.
При лечении болезни Паркинсона чип Inbrain взаимодействует с нигростриарным путем в мозге, который отвечает за движения. Сначала чип будет декодировать сигналы мозга, связанные с намерением сделать шаг или поднять руку, что может делать и обычный BCI-интерфейс. Однако благодаря микронной точности Inbrain способен распознавать патологические биомаркеры, связанные с симптомами болезни Паркинсона, такими как тремор, скованность и замирание походки. Это позволяет оценить текущую медикаментозную терапию, а также более точно подбирать и уменьшать количество препаратов. Пациенты с болезнью Паркинсона вынуждены принимать множество лекарств, эффективность которых со временем снижается. Ученые рассчитывают, что чип позволит сократить дозы препаратов минимум на 50%.