Ученые LIFT предложили систему полимерных электродов для стимуляции блуждающего нерва, которая может помочь в лечении метаболических расстройств

Ученые LIFT совместно с коллегами из Сколтеха и Института цитологии и генетики СО РАН разработали новую малоинвазивную систему на основе биосовместимых полимерных частиц для стимуляции блуждающего нерва. Разработка в свою очередь открывает перспективы для создания альтернативной немедикаментозной терапии метаболических расстройств, например, инсулинорезистентности, ожирения и диабета.

В рамках эксперимента ученые создали своего рода «пульт управления» блуждающим нервом. Микрочастицы с наностержнями из оксида железа разместили на тонкой биосовместимой полимерной основе и закрепили вокруг блуждающего нерва лабораторной мыши. Под действием внешнего магнитного поля частицы преобразовывали магнитный сигнал в электрический и активировали нервные волокна. Меняя частоту воздействия, исследователи смогли дистанционно управлять дыханием и сердцебиением животного. Выраженность эффекта зависела от количества частиц на полимерной основе и амплитуды магнитного поля – следовательно, воздействие поддается настройке.

Меняя частоту воздействия, исследователи смогли дистанционно управлять дыханием и сердцебиением животного

Для синтеза частиц использовали своего рода «трафарет», поэтому они представляли собой микроэлектроды заданного размера и обладали схожими магнитоэлектрическими свойствами. Такая унификация частиц позволяет точнее регулировать («квантовать») стимуляцию нейрона. Это поможет сделать терапию с использованием электрической стимуляции тканей более безопасной и персонализированной, так как врач сможет настраивать силу стимуляции для каждого конкретного пациента.

Согласно опросу ВЦИОМ за 2025 год, хронический стресс стал неотъемлемой частью жизни четырех из десяти россиян. Постоянное напряжение может запускать в организме каскад патологических процессов: под влиянием не только нервная система, но и гормональный фон, а вместе с ним и обмен веществ, что со временем может приводить к серьезным хроническим заболеваниям.

В организме человека существуют два отдела автономной нервной системы – симпатический, который включается в стрессовых ситуациях и мобилизует ресурсы организма, и парасимпатический, который запускает процессы восстановления в состоянии покоя. При хроническом стрессе происходит подавление деятельности парасимпатической системы, из-за чего возможен сбой работы систем всего организма.  В том числе на фоне постоянного стресса может развиваться метаболический синдром – комплекс нарушений, включающий инсулинорезистентность, ожирение и диабет.

Ключевым проводником парасимпатических сигналов является блуждающий нерв — это главный «кабель связи» между мозгом и внутренними органами.  Он регулирует дыхание, сердцебиение, пищеварение и выработку гормонов, в том числе инсулина, отвечающего за обмен углеводов в организме. Стимуляция нерва может помочь восстановить баланс между симпатической и парасимпатической системами, и в последние годы исследователи рассматривают его как перспективную мишень для терапии метаболических заболеваний. Так, в 2025 году Российский научный фонд выделил грант на разработку метода неинвазивной стимуляции блуждающего нерва для лечения заболеваний, связанных с нарушением обмена веществ.

Существующие подходы стимуляции блуждающего нерва имеют ряд значительных ограничений для широкого применения такой терапии в клинической практике. Инвазивные методы требуют хирургической имплантации электродов, что может вызвать нежелательные воспалительные процессы. Неинвазивные методы более безопасны, но менее точны, так как поверхностные электроды оказывают воздействие и на окружающие блуждающий нерв волокна. Альтернативой существующим подходам является идея использования микроскопических частиц, которые могут создавать электрическое поле, изменяя активность нервных клеток – такой подход сочетает в себе минимальную инвазивность и возможность оказывать точечное воздействие на клетки-мишени.

Ученые LIFT совместно с коллегами из Сколтеха и Института цитологии и генетики СО РАН, разработали микрочастицы на основе полимолочной кислоты с включенными в них наностержнями из оксида железа. Эти материалы отличаются хорошей биосовместимостью и способны со временем разлагаться в организме. 

Ученые разработали микрочастицы на основе полимолочной кислоты с включенными в них наностержнями из оксида железа: эти материалы отличаются хорошей биосовместимостью и способны со временем разлагаться в организме

Можно сказать, каждая частица представляет собой микроскопический генератор электрического тока, способный активировать нервные клетки блуждающего нерва. Полимолочная кислота обладает способностью генерировать электрический заряд при механической деформации. Под действием переменного магнитного поля наностержни совершают микродвижения, которые вызывают локальные деформации в окружающем их полимере, и он приобретает электрический заряд. Заряд частицы передается нейрону, а тот передает биоэлектрические сигналы дальше по нервному волокну. Важно, что для работы системы используются низкочастотные магнитные поля, которые проникают через биологические ткани практически без затухания – в отличие, например, от ультразвука, который сильно поглощается тканями.

Действие разработанных микрочастиц было проверено в лабораторных условиях отдельно на культуре нейронов гиппокампа, затем на лабораторной мыши. Размер и форма частиц были выбраны таким образом, чтобы обеспечить надежный контакт с нейронами и обеспечить эффективную стимуляцию целевых нервных волокон. При возникновении внешнего магнитного поля в контактирующих с частицами клетках наблюдали ток ионов кальция – признак возбуждения клетки для передачи нервного импульса. Эксперимент подтвердил, что частицы успешно преобразуют магнитный сигнал в электрический импульс, распознаваемый нервной тканью.

Следующим шагом ученые проверили, какое влияние микрочастицы окажут на парасимпатическую систему в живом организме. Для этого они поместили частицы на полимерную основу из полидиметилсилоксана и закрепили ее на прилегающих к блуждающему нерву мышцах лабораторной мыши.

Имплантированная система с микрочастицами позволила дистанционно управлять дыханием и сердцебиением. При частоте 1 Гц дыхание значительно замедлялось, а при 10 Гц – учащалось. Эффект возникал только при достаточном количестве частиц на матрице и зависел от амплитуды поля, что говорит о возможности регулировать силу и направление воздействия.

Имплантированная система с микрочастицами позволила дистанционно управлять дыханием и сердцебиением: при частоте 1 Гц дыхание значительно замедлялось, а при 10 Гц – учащалось

Разработка новых подходов на основе микрочастиц для стимуляции активности парасимпатической системы за счет воздействия на блуждающий нерв имеет большой потенциал для создания немедикаментозных подходов терапии метаболического синдрома. Внедрение новых биоразлагаемых материалов в создание микростимуляторов поможет сделать лечение эффективнее, безопаснее и надежнее.