Инженеры и нейробиологи из Университета Шеффилда, Санкт-Петербургского государственного университета и Технического университета Дрездена разработали прототип нейронного имплантата, напечатанный на 3D-принтере, который потенциально может лечить травмы нервной системы, такие как паралич.

Имплант, создающий нечто вроде научной фантастики, сочетает в себе биологию и электронику, чтобы, по сути, связать человеческий мозг с компьютером в качестве метода лечения неврологических состояний.

«Исследование, которое мы начали в Техническом университете в Дрездене и продолжаем здесь, в Шеффилде, продемонстрировало, как можно использовать 3D-печать для производства прототипов имплантатов со скоростью и стоимостью, которых раньше не делали, при сохранении стандартов, необходимых для разработки полезного устройства, — сказал Иван Минев, профессор интеллектуальных технологий здравоохранения факультета автоматического управления и системного проектирования Университета Шеффилда.

researchers develop prototype neural implant with potential to treat nervous system injuries 3d printing industry 4ff6b9e

Нейронные интерфейсы могут привести к следующему поколению медицинских методов лечения пациентов с проблемами нервной системы. Изображение взято с Sheffield.ac.uk.

Аддитивное производство и нейронные имплантаты

В то время как исследования интерфейсов мозг-компьютер или интерфейсов нейронного управления проводятся с 1970-х годов, одно из самых значительных достижений в области нейронных мозговых имплантатов на сегодняшний день произошло с запуском микросхемы Neuralink миллиардера Илона Маска для взлома мозга. Neuralink также в конечном итоге стремится связать человеческий мозг с компьютерами. Парень Граймса продемонстрировал свои амбиции ранее в этом году, когда в прямом эфире онлайн-трансляции представил свинью, в мозг которой встроен один из чипов размером с монету.

В другом месте исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) использовали 3D-печать для разработки мягких гибких мозговых электродов, которые соответствуют контурам мозга и отслеживают активность в течение более длительных периодов времени, не вызывая ухудшения окружающих тканей. Эта технология может помочь контролировать такие заболевания, как болезнь Паркинсона и тяжелая депрессия.

Фирма Renishaw, занимающаяся инженерными технологиями, также работает над медицинским нейронным имплантатом, но для доставки лекарственных препаратов, а не электрических импульсов. Его нейроинфузионное устройство для доставки лекарств в настоящее время является единственной платформой для облегчения повторяющихся, периодических инфузий лекарств в функциональные ткани органа и было испытано при лечении болезни Паркинсона.

researchers develop prototype neural implant with potential to treat nervous system injuries 3d printing industry c993948

Устройство доставки лекарств Renishaw. Изображение предоставлено Renishaw.

Нервный имплант

Используя 3D-печать, группа ученых смогла изготавливать прототипы имплантатов быстрее и экономичнее, чем это было ранее. Примечательно, что технология позволила адаптировать имплантат к определенным участкам нервной системы.

С помощью методов струйного осаждения и аддитивного производства на основе экструзии 3D-принтер наносит слои биосовместимых, механически мягких материалов для изготовления имплантата. Гибкость этого процесса означает, что нейробиологи могут быстрее и дешевле проверять свои терапевтические идеи, а дизайн может быть быстро адаптирован к изменениям.

«Возможности 3D-печати означают, что прототипы имплантатов могут быть быстро изменены и воспроизведены снова по мере необходимости, чтобы способствовать развитию исследований и инноваций в области нейронных интерфейсов», — пояснил Минев.

В ходе исследования исследователи доказали, что имплант может хорошо прилегать к различным нервным поверхностям, таким как мозг, спинной мозг, периферические нервы и мышцы. Имплант также использовался для успешной стимуляции спинного мозга на животных моделях, таких как крысы и рыбки данио с травмами спинного мозга, и исследователи полагают, что это может проложить путь для будущего лечения паралича среди пациентов-людей.

Чтобы это стало реальностью, имплантаты должны улавливать и подавать крошечные электрические импульсы в мозг и нервную систему. В ходе исследования ученые показали, что можно изготавливать имплантаты с 3D-печатью, которые могут взаимодействовать с этими областями тела, открывая возможные приложения для нейронных интерфейсов такого рода.

researchers develop prototype neural implant with potential to treat nervous system injuries 3d printing industry e45c367

Нервный имплант использовался для стимуляции спинного мозга на животных моделях с повреждениями спинного мозга и может иметь потенциал для лечения паралича у людей. Изображение взято с Sheffield.ac.uk.

Применение нейронных имплантатов и амбиции

Инновациям в области нейронных интерфейсов часто препятствуют высокая стоимость и длительное время разработки прототипов, которые являются ключом к исследованию новых методов лечения.

Исследование показало, что 3D-печать значительно ускорила этот процесс и снизила расходы. На следующем этапе ученые установят надежность устройств при имплантации в течение длительных периодов времени. В долгосрочной перспективе команда надеется расширить возможности индивидуального лечения для нейрохирургов.

«У пациентов разная анатомия, и имплант должен быть адаптирован к этому и их конкретным клиническим потребностям», — добавил Минев. «Возможно, в будущем имплант будет напечатан прямо в операционной, пока пациент готовится к операции».

Более подробную информацию об исследовании можно найти в статье «Быстрое прототипирование мягких биоэлектронных имплантатов для использования в качестве нервно-мышечных интерфейсов» в журнале Nature Biomedical Engineering. Соавторами исследования: Д. Афанасенко, Д. Калинина, В. Ляховецкий, К. Тондера, О. Горский, С. Моосави, Н. Павлова, Н. Меркулева, А. Калуев, И. Минев и П. Мусиенко.

Номинации на премию 3D Printing Industry Awards 2020 еще открыты, дайте нам знать, кто сейчас возглавляет отрасль.

Четвертое издание конкурса 3D Printing Industry Awards Trophy Design Competition находится в стадии реализации. Введите свой дизайн и получите шанс выиграть 3D-принтер CraftBot Flow.

Чтобы быть в курсе последних новостей о 3D-печати, не забудьте подписаться на информационный бюллетень индустрии 3D-печати, подписаться на нас в Twitter или поставить лайк на нашей странице в Facebook .

Вы ищете работу в индустрии аддитивного производства? Посетите раздел «Работа в 3D-печати», чтобы узнать о вакансиях в отрасли.

На представленном изображении показано, что нейроинтерфейсы могут привести к следующему поколению медицинских методов лечения пациентов с проблемами нервной системы. Изображение взято с Sheffield.ac.uk.

Теги А. Калуев К. Тондера Д. Афанасенко Д. Калинина Илон Маск Иван Минев Массачусетский технологический институт Н. Меркулева Н. Павлова Neuralink О. Горский П. Мусиенко Ренишоу С. Мосави Санкт-Петербургский государственный университет Технический университет Дрезденский университет Шеффилда V. Ляховецкийresearchers develop prototype neural implant with potential to treat nervous system injuries 3d printing industry da337b4

Хейли Эверетт

Хейли — технологический журналист в 3DPI и имеет опыт работы в B2B-публикациях, посвященных производству, инструментам и велоспорту. Писая новости и статьи, она проявляет большой интерес к новым технологиям, которые влияют на мир, в котором мы живем.


Источник