生分解性電子テントを使用した低侵襲性の大面積脳表面電極挿入のシーケンス。提供元: Jae-Young Bae、ソウル国立大学。
脳内に簡単かつ安全に導入できるセンサーは、重要な医療用途に利用でき、脳インターフェースデバイスの開発にも貢献する可能性があります。これらのセンサーの開発は大きく進歩していますが、既存のデバイスのほとんどは、多くの合併症を引き起こす可能性のある侵襲的な外科手術によってのみ導入できます。
ソウル国立大学と韓国の他の研究所の研究者らは最近、人間の脳の表面に挿入するのがはるかに簡単になる、生分解性で自己展開可能な新しいテント電極を開発した。彼らが提案した電極設計は、 概説した で ネイチャーエレクトロニクスは、残留物を残さずに人体内で自然に分解されるため、体内に挿入された後は外科的に除去する必要がない。
「私たちの最近の論文は、侵襲的な脳手術による電極の埋め込みに関連する臨床上の課題に対する認識の高まりから生まれた」と、論文の責任著者であるカン・スンキュン氏はメディカル・エクスプレスに語った。
「従来の大面積電極は、脳に埋め込むために大規模な頭蓋骨除去手術が必要であり、出血、腫れ、脳脊髄液の漏出、感染などの合併症の重大なリスクをもたらす可能性があります。使用後、脳に残った電極はバイオフィルム形成により望ましくない免疫反応や感染を引き起こす可能性があり、除去のための二次手術が必要になります。」
チームが作成したテント電極はピラミッド型の感知装置で、通常は脳波記録（EEG）やその他の神経生理学的データを収集するために使用されます。
「私たちが開発した電子テント電極は、脳の信号を測定するために、注射器を使用して最小限の侵襲で配置することができ、使用後は体内で溶解して消えるようにすることができます」とカン氏は述べた。「私たちの技術は、てんかんの診断などの精密診断や、さまざまな脳領域とのインターフェースを必要とする神経補綴物や脳コンピューターインターフェース（BCI）に特に有望です。」
研究チームの電極はテントのような構造で、簡単に梱包して広げることができます。このデバイスは、部分的に形状記憶ポリマーで作られています。形状記憶ポリマーは、狭い囲いの中に引っ張ったり押し込んだりしても元の形状に戻る柔軟な素材です。この素材の特性を利用することで、電極を小さな穴から脳表面の限られたスペースに簡単に導入できます。
電子テントの形状回復と生分解のプロセス。(a) 頭蓋骨と脳を模したモデルにおける電子テントの形状回復プロセス。(b) リン酸緩衝液 (PBS; 70℃、pH 7.4) における電子テントの生分解プロセス。出典: ネイチャーエレクトロニクス （2024年）。 DOI: 10.1038/s41928-024-01216-x
「また、柔軟性を持たせるために、ナノメートルの厚さの生分解性無機電子センサーを電子テント上に統合しました」とカン氏は説明する。「センサーの機械的な柔軟性により、脳からのさまざまな神経生理学的信号を測定するために、注入時にセンサーを損傷することなくさまざまな電子デバイスを送達することができました。」
チームのテント電極の性能を評価する初期テストでは、耐用年数を通じて電気的性能を維持し、使用後は残留物を残さずに完全に分解できることが示されました。作動中、センサーは周囲の電気的活動を記録し、収集したデータを他のデバイスに送信できます。
カン氏らが開発した新しいセンサーは生分解性で無毒であるため、人体の中に導入した後は取り外す必要がありません。この特徴は、精密医療から安全な脳コンピューターインターフェース（BCI）の開発に至るまで、実世界の幅広い用途にとって非常に魅力的です。
「電子テントはてんかんの診断に使用できますが、てんかんの診断では、影響を受ける領域を特定するために広範囲のマッピングが必要になる場合があります」と、論文の主執筆者である Jae-Young Bae 氏は述べています。「一般的に、てんかん発作は脳の領域の複雑なネットワークに作用し、多くの場合、脳の深部にあります。発作の原因を正確に特定するために、これらの深部および複数の領域に電極を挿入すると、かなりの損傷につながる可能性があります。さらに、発作は一定ではないため、長時間のモニタリングが必要になることがよくあります。」
てんかんを診断する既存の方法は、通常約 2 週間の一定期間にわたる脳の活動をマッピングするものである。これは、脳全体で何が起こっているかを捉えることができる電極を使用して行われることが多く、医師は患者の発作の原因を特定できる。
医師がてんかんと診断したり、患者の発作の他の原因を特定したりできたら、適切な治療介入の立案を開始できます。ただし、その前に、埋め込まれた電極を患者の脳から外科的に除去する必要があります。
電子テントは脳を模倣した組織の曲面に沿って滑らかに取り付けられている。提供元：ソウル国立大学、Jae-Young Bae。
「私たちの生分解性電子テントは、大面積マッピング電極の埋め込みに伴う外科的負担を軽減し、二次除去手術の必要性を排除することができます」と Bae 氏は説明します。「したがって、このテント電極は、電極挿入のために大面積の頭蓋骨除去を必要とする従来の方法と比較して、侵襲性の低い診断ソリューションを提供できる可能性があります。」
「例えば、BCI は脳卒中患者の運動回復を助け、神経補綴物や外部ロボット システムを制御することができます」と Bae 氏は言います。「大面積 BCI は感度が高く、脳領域の包括的なマッピングが可能で、神経活動のより正確な位置特定が可能になり、複雑な脳機能の研究に役立ち、治療介入のターゲット設定を改善します。ただし、BCI 技術は侵襲的処置に伴うリスクという課題に直面しています。テント電極により、BCI 技術の使用リスクを最小限に抑えられると期待しています。」
カン氏と彼の同僚によるこの最近の研究は、さまざまな病状の診断に使用できるより安全な BCI や埋め込み型デバイスの開発にすぐに貢献する可能性があります。研究者らは次の研究の一環として、化学療法や光線療法などの標的治療介入を行うためにさまざまな生分解性材料を使用する可能性も調査する予定です。
「将来的には、臨床パートナーと協力して、生分解性電子テント技術を臨床応用でテストする予定です」とカン氏は付け加えた。「これにより、医療現場でフィールド試験を実施し、実験室環境以外での当社の技術の性能と分解挙動を評価できるようになります。最終的には、これらの生分解性電子機器を医療機器に組み込み、侵襲性の低い診断または治療ソリューションを提供することが私たちの目標です。」
詳細情報:
Jae-Young Bae 他、脳皮質インターフェース用生分解性かつ自己展開可能な電子テント電極、 ネイチャーエレクトロニクス （2024年）。 DOI: 10.1038/s41928-024-01216-x
引用: 自己展開型、生分解性電極が低侵襲性脳信号モニタリングを実現 (2024年8月25日) 2024年8月25日に取得
この文書は著作権の対象です。個人的な学習や研究を目的とした公正な取り扱いを除き、書面による許可なしに複製することはできません。コンテンツは情報提供のみを目的として提供されています。
#自己展開型生分解性電極が低侵襲の脳信号モニタリングを実現