Moždani implantat se napaja disanjem

Implantati koji reguliraju električne aktivnosti u mozgu koriste se već nekoliko desetljeća na pacijentima s Parkinsonovom bolesti, a posljednja istraživanja govore da bi se mogli koristiti i za puno toga više.

Novi dizajn mogao bi uvelike poboljšati život ljudi s tim uređajima, korištenjem integriranih triboelektričnih generatora za pretvaranje pokreta disanja korisnika u električnu energiju.

Duboka moždana stimulacija uključuje implantaciju sićušnih žica u ciljana područja mozga za isporuku blagih električnih impulsa, intervenirajući kako bi se ispravila abnormalna električna aktivnost u organu. Tehnika je odobrena za liječenje Parkinsonove drhtavice 1997. godine, ali nedavno smo vidjeli da su je znanstvenici prilagodili za liječenje depresije i impulzivnog ponašanja, s obećavajućim ranim rezultatima.

Svake godine oko 150.000 pacijenata primi ove implantate, s uređajem koji se postavlja ispod kože prsnog koša, a žice putuju do mozga. U sadašnjem obliku uređaji rade na baterije koje je potrebno mijenjati svake dvije ili tri godine, pri čemu je svaki put potreban kirurški zahvat zamjene.

Znanstvenici sa Sveučilišta u Connecticutu sada su primijenili triboelektrične generatore na uređaje za duboku stimulaciju mozga.

Tim je dizajnirao uređaj za dubinsku stimulaciju mozga koji bi mogao prikupiti ovu vrstu energije putem pokreta disanja osobe. Implantat se sastoji od slojeva triboelektričnih materijala koji stvaraju električnu energiju trenjem. Ova električna energija puni biokompatibilni superkondenzator, koji zauzvrat pokreće dubinski stimulator mozga.

"Stvorili smo naš triboelektrični nanogenerator koristeći nove nanomaterijale koji proizvode značajnu izlaznu energiju kada dođu u kontakt jedni s drugima, odnosno dovoljno energije za pokretanje dubinskog stimulatora mozga", kaže autor studije Esraa Elsanadidy.

Tim je testirao svoj uređaj na "simuliranoj svinji", koja se sastojala od svinjskih pluća koja su se mogla napuhati i ispuhati pomoću pumpe, kao što bi bilo tijekom udisaja i izdisaja. Ovo kretanje uzrokovalo je trljanje između triboelektričnih materijala i stvaranje električne energije, koju je stimulator mogao iskoristiti za stvaranje 60 električnih impulsa u sekundi. Oni su zatim korišteni za stimulaciju moždanog tkiva živog miša.

"Ovo je prvi sustav koji kombinira učinkovito sakupljanje energije, njezino skladištenje i kontrolirani stimulator mozga,” rekao je član tima Islam Mosa. "Pokazali smo da naš samoodrživi duboki stimulator mozga može povremeno stimulirati moždano tkivo izmjenom razdoblja stimulacije i razdoblja bez stimulacije, što je učinkovit pristup dubokoj stimulaciji mozga za liječenje psihijatrijskih stanja."

Tim uskoro planira testirati sustav na velikim životinjama.

Istraživanje objavljeno u časopisu Cell Reports Physical Science možete pronaći na ovoj poveznici.