3D-печать позволит многим людям вернуться к полноценной жизни
Культовая фантастика показала нам, как у лишившегося руки Скайвокера уже в следующей сцене появляется высокотехнологичный протез, который во многом превосходит родную конечность. В реальности о таких технологиях пока можно только мечтать, но в этом направлении уже ведутся обширные работы.
Ранее все протезы не имели никакой связи с человеческой нервной системой. То есть, чтобы совершить определенное действие, пользователю нужно было каким-то образом “сообщить” устройству о своем намерении: передать ноге сигнал о приближающейся луже или заставить механическую руку аккуратно взять яйцо с верхней полки холодильника.
Но недавно ученым удалось совершить нечто фантастическое – по-настоящему присоединить механическую руку к человеческой нервной системе.
Когда человек без руки хочет пошевелить пальцем, его мозг генерирует специальный сигнал, который по нервам передается к кисти. Но из-за отсутствия конечности сигнал уходит “в пустоту”. Идея новых протезов состоит в перехвате этого нервного импульса для последующего управления роботизированной рукой.
В американских Хьюстонском Университете и Университете Райса велись эксперименты со снятием моторных нервных сигналов методом электроэнцефалографии (ЭЭГ) с помощью электродов на коже головы. Сложность в том, что ЭЭГ — это набор большого количества разных сигналов, и задача выделить среди них чрезвычайно сложна.
Исследователи из Технического университета Чалмерса в Гетеборге (Швеция) совместно с коллегами из консорциума NEBIAS (проект нескольких европейских университетов) пошли другим путем. Вместо того чтобы располагать электроды на поверхности кожи, где полезный сигнал сильно зашумлен, ученые попытались уменьшить влияние помех, вшивая электроды под кожу. Но физиология каждого человека индивидуальна, и нельзя заранее сказать, где именно следует расположить электроды для максимального соотношения «сигнал-шум».
На этом нововведения не заканчиваются. Созданием связи между нервами и техникой занимались специалисты из Университета Миннесоты. Им удалось напечатать на 3D-принтере микроструктурный комплекс с использованием реальных живых клеток. Те впоследствии разрастаются и объединяются с нейронами, устраняя повреждение в спинном мозге.
На словах все выглядит просто: ученые взяли некоторое количество клеток кожи и крови, и подвергли их биоинженирингу. Получились индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – клетки-мутанты, готовые в подходящих условиях начать расти и превратиться в полноценные нейроны. Осталось напечатать силиконовый каркас, систему «грядок», на которые высаживаются эти клетки, и вся конструкция ставится на место повреждения в спинном мозге.
На практике это был первый случай, когда ученым удалось не только сохранить во время 3D-печати почти 75 % весьма уязвимых клеток живыми, но и наблюдать, как некоторое количество выросло в здоровые нейроны. Следующим успехом стало то, что они заставили клетки расти в нужных направлениях и сумели сохранить достаточный их объем на время, пока не наступит контакт с живыми тканями исцеляемого участка. Ученым удалось создать условия, при которых можно поддерживать стволовые нервные клетки в активном состоянии внутри протеза.
Вопрос в том, насколько эти протезы смогут прижиться. Восстановится ли спинной мозг фрагментарно, на 50%, или “как повезет”? Многие люди были бы благодарны за возможность хотя бы контролировать мочевой пузырь. Но ученые всерьез задумываются о полном восстановлении любой поврежденной части спинного мозга.