Магнитные микрокатушки улучшают таргетную терапию неврологических расстройств

Вашингтон, 23 апреля 2024 г. — Нейростимуляция — это медицинский метод, используемый для лечения многих заболеваний, поражающих нервную систему. Он предполагает подачу энергии к нейронам, чтобы стимулировать их рост и установление связей со своими соседями. Лечение эпилепсии часто может включать нейростимуляцию; аналогичные методы лечения существуют при болезни Паркинсона, хронической боли и некоторых психических заболеваниях.

В журнале Vacuum Science and Technology A, издаваемом AIP Publishing, исследователи из Университета Миннесоты опубликовали массив микроскопических катушек — микрокатушек — для создания магнитного поля и стимуляции отдельных нейронов.

Существующие устройства эффективны, но им не хватает точности, необходимой для некоторых применений, таких как кохлеарные имплантаты или стимуляторы блуждающего нерва.

«На рынке представлено множество устройств для нейростимуляции — некоторые из них уже одобрены FDA для испытаний на пациентах, а некоторые ожидают одобрения», — сказала автор Рената Саха. «Но у каждого из них есть одно предостережение — они стимулируют большое количество нейронов, включая соседние клетки, которые не должны стимулироваться. Промышленность медицинского оборудования ищет устройство или технологию, которая может стимулировать нейроны с точностью до одной клетки». «.

Вместо использования электрода Саха и ее команда прибегли к использованию магнитных катушек из проволоки. Более двух столетий назад физик Майкл Фарадей описал, как электрический ток, проходящий через катушку с проводом, может создавать магнитное поле. Это магнитное поле может стимулировать электрическое поле в любом близлежащем нейроне, что аналогично эффекту электрода, но более тонкое. Однако у этой технологии есть существенный недостаток.

«Для достижения необходимой величины электрического поля, способного стимулировать нейроны, сила тока, которую должны возбуждать эти крошечные катушки, очень высока», — сказал Саха. «Это почти в три раза больше тока, который вам понадобится для возбуждения электрода, чтобы достичь того же порога».

Чтобы решить эту проблему, команда внесла два улучшения. Во-первых, вместо одной маленькой катушки они использовали массив из восьми катушек, которые в совокупности могут генерировать электрические поля, используя гораздо меньший ток на катушку. Исследователи еще больше усовершенствовали эти массивы микрокатушек, используя магнитомягкие материалы, которые повышают магнитную силу катушек.

«Добавление этих магнитомягких материалов в сердечник микрокатушек увеличивает электрическое поле без необходимости увеличения тока через микрокатушки», — сказал Саха.

Исследователи построили прототип своей катушки под названием MagPatch и инкапсулировали ее в биосовместимый слой. Затем они протестировали его на клетках нейробластомы человека, чтобы доказать его эффективность. На клетки воздействовали магнитные поля, не повреждая покрытие, что предполагает возможность использования этого устройства в клинических условиях.

Авторы планируют и дальше развивать и тестировать устройство MagPatch, чтобы убедиться в его безопасности и полезности. Они надеются, что это поможет улучшить кохлеарные имплантаты следующего поколения.