Mikroskopické bezdrôtové implantáty by mohli liečiť ochorenia mozgu prostredníctvom samovoľnej implantácie jednoduchou injekciou.
Mikroskopické bezdrôtové bioelektronické zariadenia sa samy implantujú do špecifických oblastí mozgu. Zdroj: iStock/aremenko
Odborníci z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) vytvorili mikroskopické bezdrôtové bioelektronické zariadenia, ktoré je možné injekčne aplikovať do krvného obehu, kde sa pohybujú a samy sa implantujú do špecifických oblastí mozgu bez potreby skalpela. Navyše je možné ich bezdrôtovo napájať, aby elektricky stimulovali neuróny, čím potenciálne liečia ochorenia, ako sú Alzheimerova choroba, skleróza multiplex alebo dokonca rakovina mozgu.
Vedci tieto zariadenia otestovali na zvieracích modeloch, kde sa úspešne pohybovali v obehovom systéme a autonómne dosiahli cieľové oblasti mozgu poskytujúc lokalizovanú stimuláciu s najlepšou možnou presnosťou. Tento prístup eliminuje riziká a náklady spojené s tradičnými operáciami implantácie do mozgu, ktoré sú veľmi drahé.
Keďže tieto veľmi malé zariadenia sú pred injekciou spojené so živými biologickými bunkami, imunitný systém ich neodmieta a môžu prirodzene prekonať hematoencefalickú bariéru, čo predstavuje kľúčovú výhodu oproti konvenčným implantátom, ktoré vyžadujú invazívny prístup.
Nová nádej v budúcnosti
Vedci sa zamerali na zápal mozgu, teda hlavnú príčinu mnohých neurologických porúch. Zistili, že ich zariadenia dokážu poskytovať neuromoduláciu hlboko v mozgu, pričom okolité neuróny zostávajú nepoškodené.
„Živé bunky maskujú elektroniku, aby nebola napádaná imunitným systémom tela a mohla sa bez problémov pohybovať krvným riečiskom,“ povedala Deblina Sarkarová, indická elektroinžinierka a vynálezkyňa, odborná asistentka na MIT a hlavná autorka štúdie.
Zariadenia majú veľkosť približne jednej miliardtiny zrnka ryže a sú vyrobené z organických polovodičových polymérov vrstvených medzi kovmi, čím vytvárajú heteroštruktúru. Vyrábajú ich pomocou procesov kompatibilných s technológiou CMOS, čo je skratka pre Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, technológiu snímača, ktorá dokáže integrovať ďalšie funkcie priamo na čip. Potom sa odoberajú zo silikónových doštičiek a integrujú sa do živých buniek.
Inovácia tímu vedcov spočíva v kombinácii presnosti nanoelektroniky a biologickej inteligencie buniek. Výsledkom je hybridný systém schopný autonómne zamerať a liečiť miesta ochorenia s minimálnym poškodením zdravých buniek.
„Tieto miniatúrne elektronické zariadenia sa bezproblémovo integrujú s neurónmi a spolunažívajú s mozgovými bunkami, čím vytvárajú jedinečnú symbiózu mozgu a počítača,“ uviedla Deblina Sarkarová. „Snažíme sa túto technológiu využiť na liečbu nervových ochorení, pri ktorých zlyhávajú lieky alebo štandardné terapie.“
Vedci plánujú túto inováciu posunúť na klinické testovanie do troch rokov prostredníctvom nového startupu Cahira Technologies. Tím tiež vyvíja novú generáciu implantátov s integrovanými senzormi, so systémami spätnej väzby a dokonca aj syntetickými elektronickými neurónmi. Ak bude tento projekt úspešný, mohol by priniesť zmenu v liečbe ochorení, ktoré boli doteraz považované za neliečiteľné, a to od rakoviny mozgu až po chronickú bolesť.
Zdroj: Interesting Engineering
(RR)
