Протезирование нервной ткани на основе биосовместимого наноматериала

Введение. В мире ежегодно до 500 тыс. чел. получают травмы спинного мозга, многие из которых сопровождаются его полным разрывом. В основном травмы получают мужчины трудоспособного возраста (от 20 до 30 лет), которые в дальнейшем проходят лечение в течение всей жизни. Ежегодная экономическая нагрузка на развитые государства составляет до 1,5 миллиона USD на больного, что приводит к суммарным затратам государства (например, Канады или Австралии) до 10-20 миллиардов USD. Решением данной проблемы могло бы стать временное или постоянное шунтирование поврежденной части нерва при помощи проводящего материала. Наилучшим кандидатом для этого является нанокристаллитный материал (волокна, трубки), который способен передавать удвоенный дипольный момент с одного конца к другому по типу «эстафеты», что напоминает естественны процесс передачи возбуждения в нервном волокне.

Цель. Более отдаленная цель - создание и изучение электрических свойств нейроинтерфейса между нервным волокном и биосовместимым сегнетоэлектрическим нанокристаллитным волокном. Ближайшая цель - проверка возможности передачи возбуждения с одного отрезка нерва на другой при помощи наноматериала и дркгих токопроводящих материалов, создание экспериментальной установки для передачи нервного сигнала.

Материалы и методы. Проведено 5 исследований на лабораторных лягушках. Был приготовлен препарат «реоскопическая лапка». Затем перерезали седалищный нерв и использовали различные варианты соединения отрезков нерва и подключения к цепи постоянного тока (диапазон напряжения 0-6 В):
- Соединение отрезков нерва при помощи тонкой медной проволоки (концы проволоки затачивались и зачищались).
- Соединение при помощи двух медных проволочек, одна из которых контактирует с электродом, а вторая - напрямую с мышцей.
- Соединение отрезков нерва при помощи ватной трубки, пропитанной 0,9%-м раствором хлорида натрия.
- Соединение при помощи пленки, приготовленной из нановолокон оксида ванадия (V2O5).

Результаты. Установлено, что интактный нерв (без перерезки) возбуждается при напряжении электрического тока 0,16-0,2, что видно по сокращению мышц голени. Установки №№1 и 3 (с перерезкой нерва) не проводят возбуждение от одного отрезка нерва к другому. Это может быть связано с тем, что проведение электрического тока и возбуждения имеют принципиально разную природу и несовместимы на границе нерва и металла (или ионного проводника).
В установке № 2 мышцы голени сокращались, что связано с действием тока непосредственно на мышцу и наличие замкнутого электрического контура (напряжение 0,2 В).
В установке № 4 сокращение лапки получено (проведение возбуждения с одного на другой отрезок нерва).

Выводы. Наноматериал на основе V2O5 потенциально способен выполнить роль шунта при повреждении нервного волокна.

Н. С. Галов