Nový návrh implantátu mozgového stimulátora sa napája dýchaním
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 10. 11. 2022
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Implantáty, ktoré regulujú elektrickú aktivitu v mozgu, sa už desaťročia používajú na liečbu príznakov Parkinsonovej choroby a ukazuje sa, že by mohli dokázať oveľa viac. Nový dizajn by mohol výrazne zlepšiť skúsenosti so životom s týmito zariadeniami, pretože využíva integrované triboelektrické generátory na premenu dýchacích pohybov používateľa na elektrickú energiu.
Hlboká stimulácia mozgu spočíva v implantovaní drobných drôtikov do cielených oblastí mozgu, ktoré dodávajú mierne elektrické impulzy a zasahujú na úpravu abnormálnej elektrickej aktivity v orgáne. Táto technika bola v roku 1997 schválená na liečbu Parkinsonovho trasenia, ale nedávno ju vedci prispôsobili na liečbu depresie a impulzívneho správania, pričom prvé výsledky sa ukázali ako sľubné.
Každoročne tieto implantáty dostane približne 150 000 pacientov, pričom zariadenie sa umiestni pod kožu hrudníka a káble vedú až do mozgu. V súčasnej podobe sú zariadenia napájané batériami, ktoré je potrebné meniť každé dva alebo tri roky, pričom pri každej výmene je potrebný chirurgický zákrok.
V technológii kardiostimulátorov bol zaznamenaný zaujímavý pokrok, ktorého cieľom je vyriešiť rovnaký problém u pacientov s poruchami srdcového rytmu. Výskumníci demonštrovali experimentálne kardiostimulátory, ktoré môžu byť napájané napríklad vlastnými svalmi alebo dokonca tlkotom srdca.
Vedci z Univerzity v Connecticute teraz tento typ myslenia aplikovali na hlbokú stimuláciu mozgu. Ich výtvor je založený na triboelektrickom efekte, pri ktorom sa určité materiály elektricky nabíjajú, keď sa o seba trú, napríklad hrebeň o vaše vlasy.
Tím navrhol zariadenie na hĺbkovú stimuláciu mozgu, ktoré by mohlo zbierať tento typ energie prostredníctvom dýchacích pohybov človeka. Implantát pozostáva z vrstiev triboelektrických materiálov, ktoré generujú elektrinu z trenia. Táto elektrina nabíja biokompatibilný superkondenzátor, ktorý následne napája hĺbkový stimulátor mozgu.
„Náš triboelektrický nanogenerátor sme vytvorili pomocou nových nanomateriálov, ktoré pri vzájomnom kontakte produkujú značný energetický výkon, dostatok energie na prevádzku hlbokého mozgového stimulátora,“ hovorí autorka štúdie Esraa Elsanadidyová.
Tím vyskúšal svoje zariadenie na simulovanom prasati, ktoré pozostávalo z prasacích pľúc, ktoré sa mohli nafukovať a vyfukovať pomocou pumpy, ako by to bolo pri vdychovaní a vydychovaní. Tento pohyb spôsobil trenie medzi triboelektrickými materiálmi a generovanie elektrickej energie, ktorú stimulátor dokázal využiť na vytvorenie 60 elektrických impulzov za sekundu. Tie sa potom použili na stimuláciu mozgového tkaniva myší ex vivo.
„Toto je prvý systém, ktorý spája všetky časti: účinný zber energie, skladovanie energie a riadený mozgový stimulátor,“ povedal člen tímu Islam Mosa. „Dokázali sme, že náš samostabilizovateľný hlboký mozgový stimulátor dokáže prerušovane stimulovať mozgové tkanivo striedaním období stimulácie a období bez stimulácie, čo je účinný prístup hlbokej mozgovej stimulácie na liečbu psychiatrických stavov“.
Tím plánuje otestovať systém aj na veľkých zvieratách. Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Cell Reports Physical Science.
