Технологии сердечных пейсмекеров и нейростимуляции мозга связаны концептуально: если традиционные системы глубокой стимуляции мозга (DBS) — это электроды (провода с металлическими контактами в полиуретановой оболочке) и пожизненный генератор с рисками инфекций и операций по замене батареек, то прорыв в биоразлагаемой электронике — результат междисциплинарной коллаборации команды Джона Роджерса и Игоря Ефимова (занесен в реестр иноагентов, учился в 1980–1986 годах на Физтехе).
Те же принципы — беспроводная передача энергии, мягкие полимеры и контролируемое растворение — позволяют переносить идеи исчезающего кардиостимулятора размером с рисовое зерно в нейротехнологии, превращая постоянную имплантацию во временную помощь. Тончайшая биоразлагаемая плёнка вводится минимально инвазивно: она регистрирует активность нейронов, мягко стимулирует нужные зоны (восстановление связей, подавление эпилепсии, блокада боли) в течение дней или недель, а потом растворяется без следа.
Yu et al. (2016) впервые создали такие устройства для картирования коры мозга. Kang et al. (2016) разработали сенсоры для мониторинга после травмы. Lee et al. (2023) представили нейростимулятор, активируемый ультразвуком и растворяющийся по команде.
Работа Choi et al. (2021) с участием Ефимова о биоразлагаемом кардиостимуляторе стала важным фундаментом для платформы биоразлагаемой электроники, которую теперь активно применяют и для мозга (Koo et al., 2018; Won et al., 2020).
Cho et al. (2024) разработали полностью биоразлагаемый опто-электронный нейроимплант, который записывает сигналы и осуществляет оптогенетическую стимуляцию. Это потенциально ценно для постинсультной реабилитации и других случаев, в которых постоянный имплант избыточен.
Такая короткоживущая электроника минимизирует риски воспаления и отторжения.
Инженерия, выросшая из кардиологии, даёт нейронауке импланты, которые могут помочь в критический момент и исчезнут, оставляя мозг свободным.
Список литературы
Cho, M., Han, J. K., Suh, J., et al. (2024). Fully bioresorbable hybrid opto-electronic neural implant system for simultaneous electrophysiological recording and optogenetic stimulation. Nature Communications, 15, Article 2000. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45803-0
Choi, Y. S., Yin, R. T., Pfenniger, A., Koo, J., Avila, R., Lee, K. B., … Efimov, I. R., & Rogers, J. A. (2021). Fully implantable and bioresorbable cardiac pacemakers without leads or batteries. Nature Biotechnology, 39(10), 1228–1238. https://doi.org/10.1038/s41587-021-00948-x
Kang, S.-K., Murphy, R. K. J., Hwang, S.-W., Lee, S. M., Harburg, D. V., Krueger, N. A., … Rogers, J. A. (2016). Bioresorbable silicon electronic sensors for the brain. Nature, 530(7588), 71–76. https://doi.org/10.1038/nature16492
Koo, J., MacEwan, M. R., Kang, S.-K., Won, S. M., Stephen, M., Gamble, P., … Rogers, J. A. (2018). Wireless bioresorbable electronic system enables sustained nonpharmacological neuroregenerative therapy. Nature Medicine, 24(12), 1830–1836. https://doi.org/10.1038/s41591-018-0196-2
Lee, D.-M., et al. (2023). An on-demand bioresorbable neurostimulator. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-023-42791-5
Won, S. M., et al. (2020). Emerging modalities and implantable technologies for neuromodulation. Cell, 181(1), 115–135.
Yu, K. J., et al. (2016). Bioresorbable silicon electronics for transient spatiotemporal mapping of electrical activity from the cerebral cortex. Nature Materials, 15(7), 782–791. https://doi.org/10.1038/nmat4624
