Исследователи из Северо-западного университета разработали растворимый имплантат для безмедикаментозного обезболивания

Исследователи из Северо-Западного университета разработали небольшой и гибкий имплантат, который может снимать боль почти мгновенно без использования лекарств. Они надеются, что однажды он сможет стать альтернативой опиоидам и другим лекарствам, вызывающим сильную зависимость.

Водорастворимое и биосовместимое устройство работает, мягко оборачивая нервы, чтобы обеспечить точное, целенаправленное охлаждение, которое вызывает онемение нервов и блокирует болевые сигналы в мозг. После того, как устройство выполнило свою функцию, оно естественным образом впитывается в тело, что позволяет избежать хирургического извлечения.

Исследователи считают, что устройство будет наиболее ценным для пациентов в послеоперационный период или даже после ампутации. Хирурги могут имплантировать устройство во время вмешательства, чтобы облегчить послеоперационную боль пациента.

«Хотя опиоиды чрезвычайно эффективны, они также вызывают сильное привыкание, — сказал Джон А. Роджерс из Northwestern, руководивший разработкой устройства. — Как инженеры, мы руководствуемся идеей лечения боли без лекарств — способами, которые можно включать и выключать мгновенно, а пациент может контролировать интенсивность воздействия. Описанная здесь технология использует механизмы, которые по сути воздействия напоминают онемение пальцев в холоде. Наш имплантат позволяет производить этот эффект программируемым образом, непосредственно и локально на целевые нервы, даже те, которые находятся глубоко в мягких тканях».

Пионер биоэлектроники, Роджерс является профессором в области материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и нейрохирургии в Инженерной школе Маккормика и Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета. Он также является директором-основателем Института биоэлектроники Куэрри Симпсона.

Как это работает

Хотя действие нового устройства и может звучать как научная фантастика, оно использует простую и всем известную концепцию: испарение. Подобно тому, как испаряющийся пот охлаждает тело, устройство содержит жидкий хладагент, который испаряется в определенном месте чувствительного нерва.

«По мере того, как вы охлаждаете нерв, сигналы, проходящие через нерв, 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 нацеливаемся на периферические нервы, которые соединяют ваш головной и спинной мозг с остальными частями вашего 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 содержит 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».

В самом широком месте крошечное устройство Northwestern имеет ширину всего 5 миллиметров. Один 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.

«Вы не хотите непреднамеренно охлаждать другие нервы или ткани, которые не связаны с нервом, передающим болевые стимулы, — сказал Макьюэн. — Мы хотим блокировать болевые сигналы, а не нервы, которые контролируют двигательную функцию и позволяют вам, например, использовать свою руку».

Предыдущие исследователи также исследовали блокаторы нервов, которые используют электрическую стимуляцию для подавления болезненных раздражителей, но они тоже имеют ограничения.

«Вы не можете отключить нерв с помощью электрической стимуляции, не активировав его сначала, — сказал Макьюэн. — Это может вызвать дополнительную боль или мышечные сокращения и не является идеальным с точки зрения пациента».

Исчезновение импланта

Все компоненты устройства биосовместимы и естественным образом впитываются биологическими жидкостями организма в течение нескольких дней или недель без необходимости хирургического извлечения. Биорезорбируемые устройства совершенно безвредны — они аналогичны рассасывающимся швам.

Мягкое эластичное устройство для охлаждения нервов толщиной с лист бумаги идеально подходит пациентам.

«Ваше тело находится в постоянном движении, поэтому любое интерфейсное устройство должно иметь возможность легко и естественно сгибаться, разгибаться, скручиваться и растягиваться, — сказал Роджерс. — Кроме того, вы хотели бы, чтобы устройство просто исчезло после того, как оно больше не нужно, чтобы избежать деликатных и рискованных процедур хирургического удаления».

Исследование было опубликовано в журнале Science от 1 июля. В документе описывается конструкция устройства и демонстрируется его эффективность на животной модели.