Крошечный имплантат для охлаждения нервов снимает боль у крыс

На протяжении десятилетий опиоиды доминировали в лечении боли. Но эти препараты часто оказываются неэффективными при хронической боли и могут вызвать зависимость, что побуждает исследователей искать альтернативные способы лечения боли.

Теперь группа ученых из Северо-Западного университета(Эванстон, штат Иллинойс) разработала миниатюрный имплантат, который, по их словам, лечит боль у крыс простым охлаждением периферических нервов, передающих информацию между мозгом и остальным телом.

Этот мягкий имплантат, описанный в статье, опубликованной 30 июня в журнале Science, сделан из водорастворимых и биосовместимых материалов, которые позволяют ему обхватывать периферические нервы, как манжета. Его уникальная конструкция позволяет нацеливать и охлаждать нервы на площади до нескольких миллиметров, что делает устройство гораздо более эффективным, чем другие, менее точные технологии охлаждения нервов, которые могут повредить окружающую мышечную ткань.

"Когда ваши пальцы замерзают, они немеют. Такова основная физиология того, что мы делаем", - говорит соавтор исследования Джон Роджерс, материаловед из Северо-Западного университета. "Но мы делаем это очень целенаправленно: непосредственно воздействуем на нервы, находящиеся глубоко в системах мягких тканей".

Имплантат состоит из гибкой ленты, содержащей крошечные каналы, через которые через внешнюю систему может подаваться охлаждающий агент перфторпентан. Другой канал содержит сухой азот. Когда перфторопентан встречается с сухим азотом в общей камере, он немедленно испаряется и охлаждает нервы до 10 °C. Идея заключается в том, что по мере снижения температуры нервов снижается интенсивность и скорость электрических сигналов, проходящих по ним. В конце концов, нервы перестают передавать информацию, включая болевые сигналы. Имплантат растворяется через 20 дней после введения и полностью выводится почками через 30 дней после этого, согласно исследованию.

"Полная система охлаждения аналогична кондиционеру", - говорит Ведран Дерек, физик из Загребского университета(Хорватия), который помог разработать биоэлектрический стимулятор, который можно обернуть вокруг периферических нервов для лечения хронической боли. Дерек не принимал участия в новом исследовании.

Для тестирования устройства исследователи проткнули лапы крыс острой нитью и измерили силу, которая потребовалась, чтобы заставить животных втянуть конечности. Затем они использовали устройство для охлаждения седалищных нервов животных, которые ответвляются от нижней части спины вниз к ногам, и повторили тест.

"Мы видим, что когда мы блокируем болевые сигналы через соответствующие периферические нервы, сила, которая требуется для того, чтобы вызвать втягивание, очень существенно возрастает", - говорит Роджерс. Это говорит о том, что имплантируемое устройство способно блокировать сигналы, обычно передаваемые через периферическую нервную систему, и "устранять ощущение боли". Он предсказывает, что устройство будет работать аналогичным образом у людей и может быть имплантировано во время ампутации или операции по пересадке нерва для борьбы с болью после этого. Однако устройство еще не готово к испытаниям на людях.

"На практике очень трудно охладить нерв очень локально, поэтому такой подход очень интересен", - говорит Дерек.

Стивен Коэн, анестезиолог из Медицинской школы Университета Джона Хопкинса, согласен с исследователями в том, что необходимо разработать более точные способы лечения нервной боли. "Мы постоянно проводим нейролептические процедуры инъекции фенола для блокирования нервной боли, но они не совсем точны", - объясняет он, поскольку фенол "может распространиться в нежелательные места".

Однако, по словам Коэна, устройство может не устранить боль, связанную с фантомными конечностями, с которой часто сталкиваются ампутанты, поскольку эта боль связана с реорганизацией, происходящей в мозге после удаления конечности.

"Безусловно, существуют периферические механизмы боли, но это не единственный. И, возможно, это даже не главная причина", - добавляет он.

Роджерс соглашается с тем, что вполне возможно, что существуют и другие факторы, контролирующие интенсивность боли, помимо передачи сигналов по периферическим нервам, например, психологическое влияние. Однако он говорит: "Я сомневаюсь, что это существенно".

Следующим шагом для Роджерса и его команды будет точная настройка специфики системы охлаждения нервов, чтобы найти баланс между охлаждением нерва достаточно долго, чтобы блокировать болевые сигналы, но не настолько долго, чтобы повредить ткань. Им также необходимо определить, сколько времени необходимо для восстановления, чтобы обратить процесс охлаждения вспять. Что касается самой системы, Роджерс хочет сделать ее более компактной, заменив нынешний настольный насос устройством собственной конструкции, работающим от аккумулятора, которое будет "размером с кредитную карту".

"То, как мы делаем это сейчас, является разумным способом внедрения технологии в больничной среде", - говорит он. "Но было бы гораздо лучше, если бы вы могли прикрепить насос к поясу и приклеить его к коже".