Electrozi Neurali Imprimați 3D, Personalizați pentru Monitorizarea Neuronală

„Fiecare persoană are o structură cerebrală diferită, influențată de factori precum înălțimea, greutatea, vârsta, sexul și altele”, explică Tao Zhou, PhD, profesor în cadrul Wormley Family Early Career și autorul principal al studiului. „În ciuda acestui fapt, încercăm să aplicăm interfețe neurale pe creiere ca și cum acestea ar avea structuri identice. Aceasta ne-a motivat să creăm electrozi personalizați pentru fiecare individ, bazându-ne pe structura creierului său.”

Noii electrozi sunt creați folosind un hidrogel, un material bogat în apă cu proprietăți similare țesutului cerebral, și sunt construiți cu o structură internă asemănătoare unui fagure pentru a echilibra flexibilitatea și rezistența. Acești electrozi moi, denumiți HiPGE (electrozi gel tipariți inspirați de structura fagurelui), sunt fabricați folosind o metodă de imprimare 3D numită scriere directă cu cerneală, care permite modelarea precisă la scări foarte mici. Designul fagure reduce rigiditatea, permițând electrozilor să se întindă și să se conformeze creștelor și adânciturilor creierului fără a deteriora țesutul cerebral.

Pentru personalizarea procesului de proiectare, un pacient ar trebui să efectueze mai întâi o scanare MRI, utilizată pentru a crea simulări detaliate ale fiecărui creier scanat. Simulările sunt folosite pentru a determina forma fiecărui electrod astfel încât să se alinieze cu pliurile corticale specifice pacientului. Echipa apoi imprima 3D atât electrodul cât și un model al creierului pentru a testa cât de bine se potrivește dispozitivul. În experimentele care au implicat 21 de modele de creier uman, electrozii imprimați au demonstrat o conformitate îmbunătățită comparativ cu designurile tradiționale.

„Modelele unice de girusuri ale creierului uman necesită interfețe neurale specifice fiecărui pacient pentru a realiza o neuromodulare precisă, pentru a reduce răspunsurile adverse ale țesuturilor și pentru a optimiza eficacitatea și siguranța terapeutică”, au scris cercetătorii, observând că electrozii rigizi convenționali „prezintă o conformabilitate limitată la topografia corticală eterogenă a creierului”, rezultând în „contact slab între electrod și țesut, pierderea semnalului și reacții corpului străin.”

Pentru a evalua performanța și compatibilitatea biologică a HiPGE, cercetătorii au efectuat teste in vivo pe modele de șobolani timp de 28 de zile. Rezultatele testelor au arătat că electrozii și-au menținut funcția stabilă pe întreaga perioadă de testare și nu au declanșat un răspuns imunitar. Electrozi flexibili au oferit, de asemenea, citiri consistente și precise ale semnalelor electrice și fiziologice din creier.

Cercetările anterioare au studiat interfețele neurale din materiale moi, dar personalizarea în funcție de modelele girusale individuale a fost limitată. Introducerea unui flux de lucru combinat de imagistică, modelare și imprimare reprezintă un pas semnificativ înainte în acest domeniu.

Sursa: Inside Precision Medicine