В Курчатовском институте создали биотопливный элемент и готовую систему для его имплантации в организм человека. Биоэлектрогенератор работает на электричестве, получаемом из содержащейся в крови глюкозы.
Работа представлена в журнале Heliyon. Для многих имплантируемых медицинских изделий требуются постоянные источники электропитания. В наши дни активное развитие имплантации во многом ограничивается отсутствием постоянных источников электроснабжения, которые могли бы генерировать энергию за счет процессов в организме человека.
«Сегодня активно используются кардиостимуляторы, близки к массовому внедрению нейростимуляторы и имплантируемые инфузионные помпы, – рассказывает Павел Готовцев, заместитель начальника отдела биотехнологий и биоэнергетики НИЦ «Курчатовский институт».
– Все эти устройства работают от аккумуляторов, которые необходимо периодически менять, а значит, снова и снова проводить хирургическое вмешательство. Имплантируемый источник энергии должен генерировать электричество внутри человека, и тем самым делать имплантацию медицинского устройства по сути бессрочной».
Биотопливный элемент, созданный учеными, использует для выработки энергии глюкозу из крови. Этот биоэлектрогенератор, внедренный в организм, должен быть биосовместимым, то есть, обладать такими свойствами для взаимодействия с физиологическими тканями и средами, чтобы минимизировать риски возможного отторжения. Кроме того, необходим безопасный механизм его имплантации в кровоток.
В качестве базового конструктивного элемента всего биотопливного элемента ученые использовали металлический стент. Он же является катодом источника электроснабжения. В качестве анода выступил созданный учеными электропроводящий гидрогель с иммобилизованными на нем ферментами. Интегрировав гидрогель в стент, сотрудники Курчатовского института получили сразу и биотопливный элемент, и готовую систему для его имплантации.
Ученые решили использовать стентирование для установки биотопливного элемента, поскольку эта процедура давно отработана и широко используется в сосудистой хирургии. И артерии, и вены активно стентируют в рамках лечения различных сосудистых заболеваний. Это дает возможность использовать все наработки по стентированию и для установки биоэлектрогенераторов.
«Сегодня установка стентов в сосуды — отработанная процедура. Интегрировав в него анод, мы получили устройство, которое можно с использованием того же стентирования устанавливать в сосуд. Дальше остается сделать два тонких прокола и подключить биотопливный элемент к остальным системам, которые комбинируются с медицинским устройством», — рассказал Павел Готовцев.