Реакция ткани мозга на нейроимплантаты влияет на чувствительность регистрации сигналов и выбор стратегий вмешательства

Имплантируемые биосенсоры — ценный инструмент фундаментальных нейронаучных исследований и клинической практики. Нейротехнологии позволяют непосредственно регистрировать неврологические сигналы и нейрохимические процессы. Наибольшую пользу эти инструменты приносят, когда сохраняют работоспособность в течение месяцев и лет: это позволяет изучать память, пластичность и поведение или наблюдать за состоянием пациентов. Для решения этих задач разработаны устройства разных типов — от микроэлектродов для циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием (FSCV) и электрофизиологических исследований до микродиализных зондов для отбора проб и выявления различных нейрохимических веществ. Независимо от используемой технологии, нарушение гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) при установке устройства запускает каскад биохимических процессов, вызывающих сложные молекулярные и клеточные реакции на имплантат. В микроокружении вокруг имплантата происходят механическое повреждение ткани, активация глиальных клеток, нарушение перфузии, вторичное метаболическое повреждение и дегенерация нейронов. Изменения микроокружения ткани вокруг устройства могут существенно влиять на чувствительность и стабильность электрохимических и электрофизиологических сигналов с течением времени. В этом обзоре обобщены данные о выраженности, вариабельности и временной динамике молекулярных и клеточных реакций нервной ткани на современные имплантируемые устройства. Исследования показывают, что повреждение при установке и реакция на инородное тело в разной степени влияют на качество сигналов всех имплантируемых датчиков центральной нервной системы (ЦНС) как в остром периоде (от секунд до минут), так и в хроническом (от недель до месяцев). Понимание клеточных и молекулярных механизмов реакции ткани мозга на устройства позволяет разрабатывать различные стратегии вмешательства для повышения чувствительности сигналов и продления срока их стабильной регистрации.