Mokslininkų komanda, vadovaujama profesoriaus SON Donghee ir profesoriaus SHIN Mikyungo iš Neurologijos vaizdinių tyrimų centro (CNIR), esančio Pagrindinių mokslų institute (IBS), kartu su dr. KIM Hyungmin iš Korėjos mokslo instituto bionikos tyrimų centro. ir technologijos (KIST), sukūrė novatorišką minkštą žievės įrenginį, galintį pakeisti epilepsijos ir kitų neurologinių sutrikimų gydymą.
Epilepsija, neurologinis sutrikimas, turintis daugiau nei 65 milijonus žmonių visame pasaulyje, pasižymi patologiniu elektriniu smegenų hiperaktyvumu, dėl kurio atsiranda traukulių. Pažymėtina, kad maždaug 20–30% visų pacientų diagnozuojama sunkiai gydoma epilepsija, kuri nereaguoja į standartinius vaistus. Chirurginė pažeidimų rezekcija išlieka šių pacientų gydymo galimybe, tačiau tai kelia iššūkių dėl procedūros sudėtingumo ir rizikos.
Kaip mažiau invazinis alternatyvus gydymas, buvo pasiūlyta neuromoduliacijos koncepcija, kuri apima tiesioginį pažeisto audinio stimuliavimą mechanine, elektromagnetine ar optine energija, kad būtų slopinamas smegenų padidėjęs jaudrumas. Vienas iš perspektyvių būdų yra transkranijinis fokusuotas ultragarsinis (tFUS) neurostimuliavimas – neinvazinis metodas, kuris labai tiksliai stimuliuoja smegenis, nesukeldamas nuolatinės žalos.
Kad tFUS būtų veiksmingas gydant epilepsiją, jis turi būti suporuotas su sistema, kuri gali nuolat stebėti smegenų veiklą ir reguliuoti gydymą realiu laiku. Tačiau esami žievės sąsajos įrenginiai susiduria su iššūkiais dėl savo didelio standumo ir mažo prisitaikymo prie formos, todėl jiems sunku prisitaikyti prie vingiuoto smegenų paviršiaus, todėl audinių ir įrenginių sąsajos yra prastos. Jų mažas sukibimas su smegenų paviršiumi taip pat reiškia, kad dėl mechaninių slėgio bangų sukeliamų trukdžių jiems sunku pateikti tikslius smegenų signalus ultragarso stimuliacijos metu.
Siekdama išspręsti šį iššūkį, mokslininkų komanda sukūrė Shape-Morphing Cortical-Adhesive (SMCA) jutiklį – minkštą, lankstų įrenginį, kuris glaudžiai prilimpa prie smegenų paviršiaus ir užtikrina stabilų ir tikslų smegenų veiklos stebėjimą net tFUS stimuliacijos metu. SMCA jutiklis sudarytas iš unikalaus medžiagų derinio. Jame yra katecholiu konjuguoto alginato hidrogelio sluoksnis, kuris greitai susijungia su smegenų audiniais, užtikrindamas tvirtą sukibimą ir sumažindamas judėjimo ar atsiskyrimo riziką. Be to, prietaiso substratas pagamintas iš savaime gyjančio polimero, kuris kūno temperatūroje suminkštėja ir prisitaiko prie išlenkto smegenų paviršiaus, užtikrindamas tvirtą prigludimą ir sumažindamas signalo artefaktų riziką.
Komanda išbandė SMCA jutiklį ir ex vivo (kūno išorėje), ir in vivo (kūno viduje), palygindama jo veikimą su esamų prietaisų, neturinčių lipnumo ar formos keitimo savybių. Eksperimentuose su žiurkės epilepsijos modeliu SMCA jutiklis sėkmingai užfiksavo smegenų veiklą tFUS metu be trukdžių, todėl buvo galima stebėti realiu laiku, būtiną veiksmingam gydymui.
Naudodami šį naujovišką jutiklį, mokslininkai įdiegė uždaro ciklo priepuolių valdymo sistemą. Ši sistema naudoja SMCA jutiklį, kad aptiktų ankstyvus priepuolio požymius ir automatiškai pakoreguoja tFUS gydymą. Sistema sėkmingai slopino priepuolius realiu laiku, parodydama asmeninio, adaptyvaus epilepsijos gydymo galimybes.
Profesorius SON Donghee pareiškė: „Atlikę smegenims lipnios minkštosios bioelektronikos platformos tyrimą, įveikėme didelį iššūkį smegenų sąsajų srityje, pasiekę aukštos kokybės elektrokortikografiją kartu su fokusuota ultragarso stimuliacija be artefaktų trukdžių. Jis paaiškino šio tyrimo svarbą ir apibūdino ateities planus pridurdamas: „Tikimės, kad mūsų technologija taps kertiniu naujos kartos biomedicinos platformos akmeniu, kuri leis tiksliai diagnozuoti ir pritaikyti individualizuotą sunkiai įveikiamų neurologinių sutrikimų terapiją. Po šio tyrimo sieksime pažangos SMCA jutiklių platforma, patobulinusi formos formavimo ir žievės klijavimo funkcijas, kuriant labai integruotus mikroelektrodus ir įdiegiant aukšto lygio uždarojo ciklo veikimą. algoritmas“.
Dr. Hyungmin KIM teigė: „Pasiekėme anksti aptikti priepuolių aktyvumą per ECoG, leidžiantį užkirsti kelią priepuoliams. Be to, realiuoju laiku įdiegėme grįžtamąjį ryšį apie ultragarsinės stimuliacijos poveikį, kuris leido taikyti individualizuotus stimuliavimo protokolus. Žvilgsnis į ateitį , tikimės, kad elektrodų su daugiau kanalų, taip pat kelių kanalų ultragarso keitiklių sukūrimas palengvins tikslų priepuolio kartografavimą šaltinių ir tikslinės intervencijos, galiausiai padidinant šio požiūrio veiksmingumą ir saugumą klinikinėse srityse.
Šis tyrimas buvo atliktas bendradarbiaujant su kolegomis iš Sungkyunkwan universiteto (SKKU) ir Korėjos mokslo ir technologijų instituto (KIST). Išvados buvo paskelbtos m Gamtos elektronika 2024 metų rugsėjo 11 dieną.
