Специалисты отдела биотехнологий и биоэнергетики комплекса НБИКС-природоподобных технологий НИЦ "Курчатовский институт" создали биотопливный элемент и готовую систему для его имплантации в организм человека. Биоэлектрогенератор работает на электричестве, получаемом из содержащейся в крови глюкозы. Работа опубликована в научном журнале Heliyon.

Для многих имплантируемых медицинских изделий требуются постоянные источники электропитания. В настоящее время 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 П. Готовцев.