четверг, 8 мая 2014 г.

Биогибридный имплантат сетчатки


Источник изображения: http://www.io.mei.titech.ac.jp/research/retina/


Недавно я нашла очень интересную научную статью "Биогибридный Визуальный протез для Восстановления Зрения» авторства Тору Яги

Группой доктора Тору Яги (Tohru Yagi) были проведены фундаментальные исследования и создание/ интеграции системы биогибридного имплантата сетчатки, состоящего из культивируемых нейронов на микроэлектромеханических системах (МЭМС). Соответственно, биогибридный визуальный протез сочетает в себе характеристики регенеративной (восстановительной) медицины и зрительных протезов. Первый прототип состоит из внешнего и внутреннего устройств. В процессе работы зрительного протеза визуальная информация фиксируется видеокамерой на внешнем устройстве. Затем, после кодирования, эта информация отправляется на внутреннее устройство через инфракрасный (ИК) узел связи. После того, как внутреннее устройство получает данные ИК, оно генерирует соответствующие электрические импульсы для стимулирования культивируемых нейронов, которые, в свою очередь, посылают сигналы в мозг, и пользователь может воспринять визуальную информацию. Наиболее характерной особенностью биогибридного имплантата, является то, что аксоны трансплантированных нейронов используются в качестве живого электрического кабеля, служащий для образования функциональных связей между нейронами, расположенными на электродной матрице и центральной нервной системой. 

Установка биогибридных имплантатов требует имплантации не только МЭМС, но и трансплантации нервных клеток. Недавно было показано, что когда нервные клетки и шванновские клетки пребывают вместе, независимо от их происхождения (визуальная кора или периферия), удлинению нервных волокон способствуют факторы, продуцируемые шванновскими клетками, вследствие чего происходит образование миелиновой оболочки. Таким образом, используется искусственный зрительный нерв, приготовленный из клеток Шванна (трубка с полупроницаемой мембраной, заполненная культивируемыми клетками Шванна, внеклеточного матрикса и нейротрофических факторов), аксоны этих нервных клеток направляются в вышестоящую зрительную кору, соединяя МЭМС с зрительной корой. 

Таким образом, нервные клетки используются в качестве «живого электрического кабеля ». После того, как соединение установлено, нервные клетки передают сигналы в зрительную зону коры в ответ на электрические импульсы, передаваемые электродной матрицей. Поскольку нервные клетки трансплантируются как часть визуального протеза, биогибридный имплантат подходит для слепых пациентов, чьи оптические нервы и/или ганглиозные клетки сетчатки повреждены (напр., при глаукоме и диабетической ретинопатии). 

Хотя биогибридные имплантаты имеют свои преимущества, существует много проблем, связанных с трансплантацией нервных клеток. Даже если аксоны нервных клеток направлены в зрительную кору, сигналы не могут быть переданы до тех пор, пока не образуется соединение между нейронами зрительной коры и синапсами, установится функциональная связь посредством нейромедиаторов. Основной задачей для данного типа протеза является надежное воспроизведение функции передачи сигнала между искусственным устройством и трансплантированными нервными клетками, а также между трансплантированными нервными клетками и зрительной корой. 

Помимо того, при длительном использовании металлических электродов происходит нарастание на них соединительной ткани, что вызывает агрегирование глиомы и/или образование рубцов. Группа доктора Тору Яги считает, что возможно разработать проводящий полимерный электрод, имеющий высокое сродство к биологическим тканям. Этот электрод может быть связан с нервной тканью на молекулярном уровне, так что нейрон будет стимулироваться внутриклеточно или квази-внутриклеточно. Это поможет значительно снизить пороговый ток, улучшить функциональность и биосовместимость электродов. Для этой цели, они разрабатывают технику микро/нанофабрикации проводящих полимеров.