Grupa istraživača sa Tehnološkog univerziteta Chalmers u Švedskoj, Univerziteta u Frajburgu i Holandskog instituta za neuronauku napravila je izuzetno mali implantat sa elektrodama veličine jednog neurona koji mogu ostati netaknuti u telu tokom vremena – jedinstvena kombinacija koja drži obećanje za buduće implantate vida za slepe.
Istraživanje pod nazivom „Fleksibilne polimerne elektrode za stabilnu protetičku vizuelnu percepciju kod miševa“ objavljeno je u Advanced Healthcare Materials.
Često kada je osoba slepa, neki ili deo oka je oštećen, ali vizuelni korteks u mozgu još uvek funkcioniše i čeka na unos. Kada se razmišlja o stimulaciji mozga za obnavljanje vida, hiljade elektroda moraju ući u implant da bi se prikupilo dovoljno informacija za sliku. Slanjem električnih impulsa preko implantata u vizuelni korteks mozga, može se stvoriti slika, a svaka elektroda bi predstavljala jedan piksel.
„Ova slika ne bi bila svet onako kako bi neko sa punim vidom mogao da je vidi. Slika koju stvaraju električni impulsi bi bila kao matrična tabla na autoputu, tamni prostor i neke tačke koje bi svetlele u zavisnosti od informacija dato vam je.
„Što više elektroda ’unese’ u njega, to bi slika bila bolja“, kaže Marija Asplund, koja je vodila deo projekta za razvoj tehnologije i profesorka bioelektronike na Tehnološkom univerzitetu Chalmers u Švedskoj.
Implantat za vid kreiran u ovoj studiji može se opisati kao „nit“ sa mnogo elektroda postavljenih u nizu, jedna za drugom. Dugoročno bi vam bilo potrebno nekoliko niti sa hiljadama elektroda povezanih na svaku, a rezultati ove studije su ključni korak ka takvom implantu.
Električni implantat za poboljšanje vida kod osoba sa slepilom nije nov koncept. Međutim, tehnologija implantata koja se trenutno istražuje kod ljudskih pacijenata je iz 1990-ih i postoji nekoliko faktora koje treba poboljšati, na primer glomaznost, ožiljci na mozgu zbog velike veličine, materijali koji vremenom korodiraju i materijali su previše kruti.
Stvaranjem zaista male elektrode veličine jednog neurona, istraživači imaju potencijal da postave mnogo elektroda na jedan implant i izgrade detaljniju sliku za korisnika. Jedinstvena mešavina fleksibilnih, nekorozivnih materijala čini ovo dugoročnim rešenjem za implantate za vid.
„Minijaturizacija komponenti implantata za vid je od suštinskog značaja. Posebno elektrode, jer moraju biti dovoljno male da bi mogle da razreše stimulaciju velikog broja tačaka u ‘vizuelnim oblastima mozga’.“ Glavno istraživačko pitanje za tim je bilo, ‘da li možemo da ugradimo toliko elektroda na implantat sa materijalima koje imamo i učinimo ga dovoljno malim i efikasnim?’ a odgovor iz ove studije je bio – da“, kaže profesor Asplund.
Stvaranje električnog implantata u tako malom obimu dolazi sa svojim izazovima, posebno u teškom okruženju, kao što je ljudsko telo. Glavna prepreka nije da elektrode budu male, već da tako male elektrode traju dugo u vlažnom, vlažnom okruženju.
Korozija metala u hirurškim implantatima je ogroman problem, a pošto je metal funkcionalni deo, kao i korodirajući deo, količina metala je ključna. Električni implantat koji su Asplund i njen tim napravili meri u minimalnoj širini od 40 mikrometara i debljini od 10 mikrometara, poput rascepljene kose, sa metalnim delovima debljine samo nekoliko stotina nanometara. A pošto ima tako malo metala u super sićušnoj elektrodi za vid, ona uopšte ne može da „priušti“ da korodira, inače bi prestala da radi.
U prošlosti, ovaj problem nije bilo moguće rešiti. Ali sada je istraživački tim stvorio jedinstvenu mešavinu materijala složenih zajedno koji ne korodiraju. Ovo uključuje provodni polimer koji prenosi električnu stimulaciju potrebnu da implantat radi, na električne odgovore u neuronima. Polimer formira zaštitni sloj na metalu i čini elektrodu mnogo otpornijom na koroziju, u suštini zaštitni sloj plastike koji pokriva metal.
„Kombinacija provodnog polimera metala koju smo implementirali je revolucionarna za implantate za vid jer bi to značilo da bi, nadamo se, mogli ostati funkcionalni tokom čitavog životnog veka implantata. Sada znamo da je moguće napraviti elektrode male poput neurona (nervne ćelije) i zadržati ovo elektroda koja efikasno radi u mozgu tokom veoma dugih vremenskih perioda, što je obećavajuće jer je do sada nedostajala.
„Sledeći korak biće stvaranje implantata koji može da ima veze za hiljade elektroda“, kaže Asplund, nešto što se trenutno istražuje u okviru većeg tima u tekućem projektu EU Neuraviper.
Metodu su primenili istraživači saradnici Holandskog instituta za neuronauku, gde su miševi obučeni da reaguju na električni impuls u vizuelnom korteksu mozga.
Studija je pokazala da ne samo da su miševi mogli da nauče da reaguju na stimulaciju primenjenu preko elektroda u samo nekoliko sesija, već je minimalni prag struje za koji su miševi prijavili percepciju bio niži od standardnih implantata na bazi metala. Istraživački tim je dalje izvestio da je funkcionalnost implantata ostala stabilna tokom vremena, za jednog miša čak i do kraja njegovog prirodnog životnog veka.
