Группа исследователей из Северо-Западного университета (Нортуэстерн, Чикаго) разработала небольшой, мягкий и гибкий имплант, который снимает боль без использования лекарств. Такое устройство может стать альтернативой опиоидам и другим препаратам, вызывающим зависимость.
Биосовместимое и водорастворимое устройство работает, обволакивая нервы, чтобы обеспечить точное, целенаправленное охлаждение, которое вызывает онемение нервов и блокирует болевые сигналы в мозг. Внешний насос позволяет пользователю дистанционно активировать устройство, а затем увеличивать или уменьшать интенсивность его работы. После того, как имплант больше не нужен, он естественным образом впитывается в тело. Таким образом, необходимость хирургического извлечения отпадает.
Исследователи считают, что устройство может быть наиболее полезным для пациентов, которые перенесли операции. Хирурги могут имплантировать устройство прямо во время вмешательства.
Исследование опубликовано в журнале Science от 1 июля. В статье описывается конструкция устройства и демонстрируется его эффективность на животной модели.
«Хотя опиоиды чрезвычайно эффективны, они также вызывают сильное привыкание», — сказал Джон А. Роджерс из Северо-Западного университета, руководивший разработкой. — «Как инженеры, мы движимы идеей лечения боли без лекарств — способами, которые можно активировать и деактивировать мгновенно, с пользовательским контролем над интенсивностью. Описанная здесь технология использует механизмы, которые имеют некоторое сходство с теми, что снижают чувствительность пальцев к холоду. Наш имплантат позволяет производить этот эффект программируемым образом, непосредственно и локально на целевые нервы, даже те, которые находятся глубоко в окружающих мягких тканях».
Устройство использует технологию испарения. Подобно тому, как испаряющийся пот охлаждает тело, оно активирует жидкий хладагент, который испаряется в определенном месте чувствительного нерва.
«По мере того, как вы охлаждаете нерв, сигналы, проходящие через него, становятся все медленнее и медленнее — в конечном итоге полностью прекращаются», — сказал соавтор исследования, доктор Мэтью Макьюэн из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе. — «Мы специально нацелились на периферические нервы, которые соединяют головной и спинной мозг с остальной частью тела. Это нервы, которые передают сенсорные стимулы, включая боль. Оказывая охлаждающий эффект только на один или два целевых нерва, мы можем эффективно модулировать болевые сигналы в одной конкретной области тела».
Чтобы вызвать охлаждающий эффект, устройство содержит крошечные микрожидкостные каналы. Один канал включает жидкий хладагент (перфторпентан), который уже клинически одобрен в качестве ультразвукового контрастного вещества и для ингаляторов под давлением. Второй канал содержит сухой азот — инертный газ. Когда жидкость и газ попадают в общую камеру, происходит реакция, в результате которой жидкость быстро испаряется. В то же время крошечный встроенный датчик контролирует температуру нерва, чтобы убедиться, что он не становится слишком холодным, что может привести к повреждению тканей.
«Чрезмерное охлаждение может повредить нерв и хрупкие ткани вокруг него», — сказал Роджерс. — «Поэтому необходимо точно контролировать продолжительность и температуру охлаждения. Контролируя температуру на нерве, скорость потока можно регулировать автоматически, чтобы установить точку, которая блокирует боль обратимым и безопасным образом. Текущая работа направлена на определение полного набора временных и температурных порогов, ниже которых процесс остаётся полностью обратимым».
Новый имплант снимает ограничения при использовании, которые были у ранее протестированных охлаждающей терапии и блокаторов нервов. Ранее исследователи изучали, например, криотерапию, при которой вводят иглу. Вместо того, чтобы нацеливаться на определенные нервы, эта процедура охлаждает большие участки ткани, что может привести к нежелательным эффектам, таким как повреждение и воспаление.
Имплант имеет максимальную ширину всего 5 мм. Один его конец скручивается в манжету, которая мягко оборачивает один нерв, не накладывая швы. Точно воздействуя только на пораженный нерв, устройство избавляет окружающие области от ненужного охлаждения, которое может привести к побочным эффектам.
Другие исследователи также исследовали блокаторы нервов, которые используют электрическую стимуляцию для подавления болезненных раздражителей. Но выяснилось, что и они имеют ограничения — при активации нерва возникают болевой синдром или мышечные сокращения.
Эта новая технология является третьим примером биорезорбируемых электронных устройств из лаборатории Роджерса, которая уже представила концепцию переходной электроники в 2012 году. В 2018 году Роджерс и его коллеги продемонстрировали первое в мире биорезорбируемое электронное устройство — биоразлагаемый имплантат, ускоряющий регенерацию нервов. В 2021 году они показали транзиентный кардиостимулятор.
Все компоненты устройств биосовместимы и естественным образом впитываются биологическими жидкостями организма в течение нескольких дней или недель без необходимости хирургического извлечения. Биорезорбируемые устройства абсолютно безвредны — они аналогичны рассасывающимся швам.
Мягкое эластичное устройство для охлаждения нервов толщиной с лист бумаги подходит для лечения очень чувствительных нервов, так как оно легко и естественно сгибается, скручивается и растягивается.
