Контактные линзы с электродами облегчили депрессию у мышей

Ученые из Кореи разработали контактные линзы, которые с помощью встроенных электродов стимулируют области мозга, связанные с депрессией. Через три недели ношения таких линз у мышей наблюдалось снижение поведенческих симптомов депрессии, а также смягчились ее признаки на нейронном уровне. 

Депрессия все чаще рассматривается как нарушение работы нейронных сетей головного мозга, сопряженное со структурными аномалиями. Классические методы лечения — фармакотерапия, электросудорожная терапия или глубокая стимуляция — направлены на нормализацию функции и структуры этих нейронных сетей, однако они могут плохо переноситься или быть слишком инвазивными. Неинвазивную стимуляцию исследователи предложили проводить через глаз —  в ходе эмбриогенеза он закладывается как производное головного мозга, и кроме того, связан не только со зрительной корой, но и с областями, участвующими в регуляции настроения. 

Авторы сконструировали мягкую контактную линзу с интегрированными в нее электродами. Для создания электродов они нанесли слой оксида галлия толщиной 3 нм, на который напылили нанометровый слой платины и дополнительно разместили нанокластеры платиновой черни (мелкодисперсной платины) в точках, через которые должна происходить передача заряда на роговицу. Проверив стабильность системы при длительной электростимуляции, ученые перешли к опытам на мышах.

Депрессивное состояние смоделировали на мышах линии rd1, склонных к дегенерации фоторецепторов. Таким образом авторы исключили влияние зрительных сигналов, потенциально связанных с ношением линз, и сосредоточились на стимуляции не связанных с восприятием изображения участков мозга. Животных разделили на три группы: контроль, вызванная кортикостероном депрессия и ношение линз при депрессии. 

Сперва терапевтический эффект линз оценивали в поведенческом анализе. Выраженность симптомов проверяли в тесте открытого поля, при принудительном плавании, подвешивании за хвост и в опытах с социальными взаимодействиями. Подобрав оптимальные настройки стимуляции (частота 20 Гц, амплитуда 200 мВ и длительность 30 минут в день), ученые показали, что трех недель терапии было достаточно для выраженного смягчения симптомов. 

При депрессии нарушается функциональная связь между гиппокампом и префронтальной корой. Ученые проанализировали активность нейронов этих двух участков мозга мыши и подтвердили такое нарушение. Они также показали, что после трех недель стимуляции улучшалась синхронизация и повышалась когерентность сигналов — это признаки, соответствующие здоровому состоянию головного мозга. 

Кроме того, исследователи сравнили биохимические и гистологические показатели мозга мышей с депрессией, получавших и не получавших лечение. Анализ выявил связанные с депрессией нарушения в синапсах, например, сниженную плотность дендритных шипиков. После трех недель терапии с помощью линз этот показатель возрастал, приближаясь к норме. Кроме того, в гиппокампе мышей с депрессией были повышены уровни провоспалительных цитокинов IL-6 и TNF-α, а лечение снизило их уровни на 65,8% и 56,8% соответственно.

Классификация совокупных результатов с помощью машинного обучения показала, что группы нелеченой депрессии и контроля выраженно отличаются друг от друга, а вот мыши, получавшие лечение, кластеризовались с контрольными мышами без депрессии.

Таким образом, разработанная платформа на основе мягких контактных линз обеспечивает неинвазивную стимуляцию мозга, передавая сигнал от поверхности роговицы к сетчатке и, в конечном счете, к головному мозгу. В мышиной модели депрессии, вызванной кортикостероном, три недели терапии смягчили поведенческие симптомы депрессии и улучшили нейрофизиологические показатели. 

Персонализированная стимуляция мозга постоянным током повысила количество ремиссий при депрессии

Зрительные стимулы «спроецировали» макакам с помощью светодиодного микродисплея