Revoluce v neurovědě: 3D tisk vytváří senzory přesně na míru unikátnímu mozku každého člověka

Vědci vyvinuli průlomovou metodu 3D tisku měkkých, pružných bioelektrod, které se dokážou dokonale přizpůsobit specifickým záhybům a rýhám (gyri a sulci) individuálního lidského mozku.

Vědci vyvinuli průlomovou metodu 3D tisku měkkých, pružných bioelektrod, které se dokážou dokonale přizpůsobit specifickým záhybům a rýhám (gyri a sulci) individuálního lidského mozku. Tento objev, vedený výzkumníky z Penn State University, představuje významný krok vpřed v oblasti neurorozhraní, která by mohla zlepšit monitorování a léčbu neurodegenerativních onemocnění.

Současné mozkové implantáty často používají univerzální design z tuhých materiálů, který se obtížně přizpůsobuje složité a jedinečné struktuře každého mozku. Lidský mozek je totiž plný záhybů, které umožňují rychlou komunikaci mezi buňkami a kompaktní uložení orgánu v lebce. Kdyby se dospělý mozek rozprostřel, pokryl by plochu 2 000 čtverečních centimetrů, což odpovídá velikosti dvou velkých pizz. Přesné uspořádání těchto záhybů se navíc výrazně liší u každého člověka v závislosti na faktorech jako výška, váha, věk nebo pohlaví. Tradiční bioelektrody tuto individualitu nezohledňují, což vede k horšímu spojení a nižší kvalitě signálu.

Nové senzory jsou vyrobeny převážně z hydrogelu, materiálu bohatého na vodu, který lépe odpovídá měkkým tkáním mozku. Jejich design je inspirován včelí pláství, což jim dodává flexibilitu a pevnost, aniž by se obětovala citlivost na elektrické a fyziologické signály. Tato struktura také výrazně snižuje tuhost elektrod a množství použitého materiálu, což zkracuje dobu výroby, snižuje náklady a dopad na životní prostředí.

Výrobní proces začíná MRI skenem pacientova mozku, na jehož základě se vytvoří detailní 3D model. Pomocí počítačového softwaru se pak navrhne bioelektroda přesně tvarovaná tak, aby kopírovala záhyby mozkové kůry. Následně se hydrogelová elektroda vytiskne pomocí techniky přímého tisku inkoustem. Tato metoda umožňuje personalizaci a výrobu elektrod mnohem rychleji a za zlomek ceny oproti tradičním přístupům, které vyžadují specializovaná zařízení, jako jsou čisté prostory.

Testy ukázaly, že hydrogelové elektrody se přizpůsobují struktuře mozku mnohem přesněji než tradiční designy, což vede k téměř dokonalé konektivitě a výrazně lepší kvalitě signálu. Díky své měkkosti a poddajnosti je lze aplikovat na citlivou mozkovou tkáň bez poškození, na rozdíl od tuhých materiálů. Navíc nenarušují transport tekutin kolem mozku, což je klíčový aspekt jeho fungování. V testech na potkanech zůstaly senzory účinné po dobu 28 dnů bez jakékoli imunitní reakce, což potvrzuje jejich biokompatibilitu a bezpečnost pro dlouhodobou implantaci.

Tato metoda 3D tisku představuje plán pro komerční výrobu bioelektrod na míru konkrétním pacientům. Ačkoli se systémy tradičně používají k monitorování nervové aktivity, tým plánuje prozkoumat, jak by personalizované elektrody mohly přispět k neurologické léčbě. V budoucnu by se technologie mohla optimalizovat pro monitorování specifických onemocnění a podporu léčby v klinickém prostředí, což otevírá nové možnosti pro pacienty s neurodegenerativními poruchami. I když je současné zaměření na lékařské využití, schopnost rychle a levně tisknout senzory na míru by mohla v budoucnu připravit cestu i pro pohodlnější spotřebitelská neurorozhraní například pro hraní her nebo práci.