Ізраїльські вчені розробили імплантований датчик з автономним харчуванням, який одного разу зможе відновити тактильні відчуття при пошкодженні нервів. У роботі, опублікованій в журналі, дослідники протестували пристрій з трибоелектричним ефектом на щурах з перерізаним нервом на лівій лапі. Пристрій успішно відновив чутливість кінцівок гризунів.
Втрата тактильних відчуттів - звичайне явище у людей з пошкодженням периферичних нервів, яким страждають 2,8 відсотка пацієнтів з травмами. На сьогоднішній день золотий стандарт відновлення нервів - хірургічна реконструкція нерва, така як нервова аллотрансплантація. Однак успішну реконструкцію нервів можна здійснити тільки в перші два роки після травми, більш того, важлива життєздатність органів-мішеней. Але навіть при дотриманні цих умов ймовірність успіху невисока.
Альтернативний спосіб відновлення тактильних відчуттів - це розробка нейропротезів. Однак доступні технології нейропротезування мають суттєві недоліки, включаючи складність використання і виробництва, а також необхідність у зовнішньому джерелі живлення. Більшість експериментальних інтерфейсів, що забезпечують чутливість руці-протезу, підключаються до периферичних нервів. У процесі тренування їх стимуляція призводить до формування нових нейрональних зв'язків у мозку, які переводять сигнали від датчиків протезу в тактильні відчуття. Такі відчуття, як правило, далекі від натуральних і нагадують покалювання або пощипування. Крім того, подібні інтерфейси вимагають ненарушеного зв'язку периферичних нервів з корою мозку.
Тепер команда дослідників з Тель-Авівського університету під керівництвом Іфтаха Шломо (Iftach Shlomy) для відновлення зобов'язання запропонувала використовувати трибоелектричні наногенератори. Такі пристрої засновані на використанні трибоелектричного ефекту - появі в матеріалі електричного струму в результаті тренування. Конкретно свій розроблений пристрій дослідники назвали TENG-IT. Воно складається з двох шарів, нанесених на тонкі шари золота, які служать в якості електрода. Полідіметилсілоксан вибрали в якості негативно зарядженого матеріалу, а нейлон і ацетатбутират целюлози протестували в якості позитивно заряджених шарів, оскільки вони обидва гнучкі, біосумісні і можуть генерувати великий електричний потенціал. При використанні ацетатбутирату целюлози спостерігалося більш високе вихідне напруження (0,97 вольт), ніж при використанні нейлона (0,73 вольта). До того ж, ацетатбутират целюлози виявився більш стабільним матеріалом.
Коли пристрій імплантується під шкіру, він перетворює тиск на нього в електричний потенціал, який через манжетні електроди передається неушкодженим сусіднім нервам, а вони, свою чергу, передають сигнал в мозок. Вчені перевірили довговічність пристрою, зробивши понад півмільйона натискань і в змодельованих біологічних умовах протягом 26 днів.
Потім вчені продемонстрували роботу датчика (розміром 5 ст.15 міліметрів) показуючи, що пристрій здатний викликати електричну активність у нейронах спинальних гангліїв, і що ступінь цієї активності залежить від рівня докладеного тиску. Потім вчені перейшли до експериментів. Для цього вони імплантували датчик щурам, у яких був перерізаний дистальний великомірцевий нерв на лівій лапі. Кінцева частина дистального більшоберцевого нерва не є важливою для рухової функції, тому передбачалося, що таке пошкодження лише знизить чутливість і не буде заважати тваринам пересуватися. Щоб пристрій краще підходив за формою щурячої лапи, вчені зробили його у вигляді трикутника з площею 24 квадратних міліметри.
Дослідники розділили дев'ять самок щурів на три групи. Піддослідним з першої групи ніяких процедур не проводили, щурам з другої групи перерізали нерв, а тваринам, які потрапили в третю групу, також перерізали нерв, але при цьому в пошкоджену кінцівку імплантували пристрій TENG-IT. Після того, як щури оговталися від операції, вчені переконалися, що тварини не втратили здатність нормально пересуватися і ступати на лапку.
Потім вчені виміряли чутливість лапок щурів з усіх груп. Оцінка чутливості проводилася за допомогою впливу на лапи нитками фон Фрея різної жорсткості (сила згинання ниток становила від 2 до 15 грам). Зростаюча сила прикладалася до лапи щура знизу, і як тільки щур відчував силу, вона піднімала лапу. Тварини з функціональними тактильними відчуттями зазвичай реагують на невелику кількість сили, в той час як щури без тактильних відчуттів реагують тільки на набагато вищі значення сили. Слід зазначити, що навіть щури з перерізаним нервом, в кінцевому підсумку дадуть відповідь на вплив, оскільки високий рівень докладеної сили торкнеться вже не тільки пошкодженої кінцівки.
З'ясувалося, що контрольна група тварин реагувала на низький рівень сили (2,69 - 0,12 грама), а щури з другої групи (з перерізаним нервом) реагували тільки на високі рівні сили (14,12 - 2,53 грама). Щури з пошкодженим нервом, яким імплантували датчик, зреагували на набагато меншу кількість сили (3,99 - 3,54 грама) порівняно з щурами без датчика. Причому цей результат був порівняний з результатами тварин з контрольної групи.
У 2016 році американські вчені створили протез руки і нейроінтерфейс, які дозволили повністю паралізованій людині зобов'язати предмети. На відміну від багатьох протезів рук він підключається не до периферичних нервів руки, а безпосередньо до області кори мозку, що відповідає за тактильну чутливість в руці. Після періоду адаптації та тренувань пацієнт знайшов можливість правильно розпізнавати дотики до окремих пальців майже в 100 відсотках випадків. За його словами, іноді відчуття нагадують дію електричного струму або тиск, але в більшості випадків він відчуває дотики і натискання, близькі до природних.