Протезы будущего будут работать на спинномозговой жидкости

Именно подобной схемы работы пытаются добиться финансируемые Пентагоном исследователи из Массачусетского технологического института. Они уже разработали основную часть «идеального» протеза: мозговой имплантат, который предназначен для взаимодействия искусственной конечности с нейронами головного мозга. Теперь ученые из MIT нашли способ питать имплантат с помощью собственной спинномозговой жидкости реципиента.

Новый имплантат не будет нуждаться в подзарядке или смене батарей, вместо этого он будет использовать энергию организма.

Энергию протез будет брать из глюкозы, растворенной в спинномозговой жидкости. Ученые хотят имплантировать в спинномозговой канал или мозг специальную топливную ячейку, способную вырабатывать электроэнергию из глюкозы. Поскольку спинномозговая жидкость содержит мало иммунных клеток, вероятность отторжения имплантата невысокая. К тому же, спинномозговая жидкость имеет низкое содержание белков, которые в других частях тела приводят к обрастанию имплантата, воспалению и отторжению инородного тела.

Ученые уже разработали миниатюрные топливные элементы, которые способны производить электроэнергию из глюкозы. В принципе мозговые имплантаты требуют совсем немного энергии - всего 100 мкВт. Это означает, что «глюкозного» топлива в спинномозговой жидкости вполне хватит для питания имплантата, управляющего протезом.

Принцип действия топливного элемента довольно прост. Это миниатюрный кремниевый чип с биосовместимой платиновой оболочкой и двумя электродами, разделенными ионной мембранной. Топливный элемент вызывает окисление молекул глюкозы, плавающих в спинномозговой жидкости. Организм сам постоянно окисляет глюкозу, но природный процесс очень сложный и эффективный – он извлекает все 24 электрона глюкозы. Топливный элемент ученых из MIT имеет намного более низкую эффективность и извлекает из одной молекулы глюкозы лишь 2 электрона. Тем не менее, этой энергии достаточно для питания мозгового имплантата.

Новая технология открывает широкие возможности по использованию современных имплантируемых нейроинтерфейсов. Нынешние мозговые имплантаты потребляют слишком много энергии, требуют постоянной подзарядки и зачастую служат каналом проникновения инфекций. Новый имплантат сможет десятилетия работать без обслуживания, открывая реципиенту новые возможности по взаимодействию с окружающей средой.