Американські дослідники запропонували використовувати вуглецеві нанотрубки для створення електродів-імплантантів.
Вчених з Мічиганського університету залучила унікальна комбінація фізичних, електричних і механічних властивостей вуглецевих нанотрубок, завдяки яким вони можуть розглядатися як перспективні матеріали для нейроелектродів, у тому числі тих, що імплантуються в мозок людини.
Зараз у світі понад 30 тис. осіб з порушеннями рухових функцій мають імплантовані в мозок електроди. Крім того, електростимуляція використовується для лікування депресії, а в 2009 р. розпочато клінічні випробування глибокої стимуляції мозку для лікування ожиріння; очікується поява імпортованих пристроїв, які допоможуть бачити сліпим.
Однак для широкого поширення цього методу лікування необхідно вирішити ряд питань. Майбутні пристрої нового покоління будуть складатися з безлічі електродів, здатних взаємодіяти з окремими нейронами, тому потрібно зменшити їх розміри, бажано до наномасштабу. Традиційні матеріали не дозволяють це зробити. Крім того, існує проблема біосумісності. Як правило, більшість електродів-імплантантів працюють лише кілька місяців, у рідкісних винятках - кілька років. Можливі віддалені запальні ефекти через деградацію тонких металевих електродів.
Американські дослідники продемонстрували технічну можливість виготовлення електродів з композитів на основі вуглецевих нанотрубок, використання яких підвищить довговічність і зменшить розміри імплантованих електродів. Крім того, в такі електроди можна вводити нервові стовбурові клітини, з яких в пошкоджених областях можуть утворитися нейрони - це може помітно знизити запалення в нервовій тканині.
Вчені з Мічиганського університету створили композити з шарів одностінних вуглецевих нанотрубок (ОСНТ) і ламініна - білка, що входить до сполучної тканини людини. Цей важливий білок забезпечує фіксацію клітин; він часто застосовується в біологічних дослідженнях як покриття. Композити були створені на основі методу післяйної збірки, який забезпечує високий рівень контролю, можливість управління властивостями матеріалу, і його механічну міцність. Раніше й інші дослідники таким способом отримували композити для вивчення нервових клітин, але поряд з ОСНТ використовували синтетичні небіологічні полімери. Післяйні композити з нанотрубок і природного полімеру ламініну поєднують властивості біосумісного субстрату, що забезпечує розвиток нервових клітин, і електропровідної підкладки для електростимуляції. Найкращі результати були отримані для композиту, верхній шар якого складався з ОСНТ, причому зазнав нетривалої термообробки (10 хв., 300оС). Можливо, це пов'язано з тим, що термообробка надає гелеподібним шарам білка ламініну необхідну жорсткість. Питома електропровідність термообробленого композиту з 10 подвійних шарів ОСНТ/ламінін склала 2140 См/м. Дослідження показали, що новий матеріал володіє хорошим зчепленням (адгезією) зі стовбуровими нервовими клітинами, більш того, була підтверджена їх подальше диференціювання - трансформація в різні клітини нервової системи. Спостерігалося зростання нейронів, причому 98% клітин були життєздатні. Була зареєстрована синаптична активність, що вказує на формування діючої мережі нервових клітин.
Таким чином, американські вчені показали, що композит білок-ОСНТ може служити основою електродів нового типу. Тепер дослідники збираються провести детальну оцінку матеріалу для можливого застосування як імплантованих електродів, що потребуватиме кілька років. Крім того, будуть проведені експерименти на тваринах.
На фото: Життєздатність клітин на ОСНТ/ламінін підкладці. Живі клітини показані зеленим кольором, мертві - червоним. Шкала - 200 мкм.