Implantované elektronické nanozariadenia SWED dokážu stimulovať konkrétne mozgové okruhy bez nutnosti chirurgického zákroku.
Prelomová technológia cirkulatroniky z MIT využíva drobné čipy vstrekované do krvného obehu a prenášané do mozgu, čím sa eliminuje invazívna chirurgia na liečbu neurologických porúch. Zdroj: MIT
Tím vedcov a biomedicínskych inžinierov z Massachusettskej technickej univerzity (MIT) v priebehu posledných šiestich rokov pracoval na revolučnej technológii, ktorá by mohla pacientov s neurologickými a duševnými poruchami ušetriť od množstva operácií a rizík s nimi spojených.
Nová technológia s názvom cirkulatronika spája elektroniku s prirodzeným transportom v krvnom obehu. Vďaka cirkulatronike je možné navigovať miniatúrne čipy tak, aby sa samy implantovali v tele pacienta bez akéhokoľvek chirurgického zákroku – stačí iba injekčné podanie. Technológiu nedávno predstavil prestížny vedecký časopis Nature Biotechnology.
Nanočipy v injekciách
Cirkulatronika nadväzuje na moderné terapeutické postupy, ktoré využívajú cielenú elektrickú stimuláciu mozgu. Tento prístup sa v posledných rokoch uplatňuje napríklad pri liečbe depresie, Alzheimerovej choroby, roztrúsenej sklerózy či mozgových nádorov. Doteraz však takáto liečba vyžadovala invazívne a nákladné operácie, najmä pre potrebu implantovať elektródy priamo do mozgu. Podobnými neurologickými poruchami dnes podľa odhadov trpia až tri miliardy ľudí na celom svete.
Deblina Sarkarová, vedúca laboratória Nano-Cybernetic Biotrek Lab na MIT, a jej tím využívajú v cirkulatronike bezdrôtové elektronické zariadenia SWED (sub-cellular wireless electrode device) subcelulárnej veľkosti. Po jednoduchom vpichu do ramena sa tieto zariadenia samovoľne presunú do cieľových oblastí mozgu, kde sa usadia bez nutnosti chirurgického zásahu.
Zariadenia SWED sú dokonca menšie než krvinky, merajú približne miliardtinu dĺžky zrnka ryže. Tvoria ich vrstvy organického polymérového polovodiča, ktoré sú vložené medzi tenké kovové vrstvy. Napriek svojej mikroskopickej veľkosti obsahujú vlastný „motor“, keďže dokážu získavať energiu zo svetla podobne ako maličké solárne panely. Stačí, aby vedci osvetlili lebku blízkym infračerveným laserom, ktorý dokáže preniknúť tkanivami, a čipy v mozgu sa aktivujú. Začnú vytvárať mimoriadne jemné elektrické impulzy presne v tých miestach, kde je potrebné stimulovať neurónové okruhy.
Vedci zdôrazňujú, že táto stimulácia je extrémne presná – v ráde desiatok mikrometrov, čo zodpovedá veľkosti niekoľkých neurónov.
Implantát do mozgu bez chirurgického zákroku pre symbiózu mozgu a počítača. Zdroj: Youtube/MIT Media Lab
Hybridné implantáty
Aby sa zariadenia SWED dostali presne na miesto určenia v mozgu, výskumníci ich spojili s monocytmi (typom bielych krviniek). Vznikli tak bunkovo-elektronické hybridy, ktoré sa dokážu vlastnými silami dopraviť k miestam zápalu v mozgu.
Monocyty majú zásadnú výhodu, pretože sú schopné bezpečne prechádzať hematoencefalickou bariérou, ktorá za normálnych okolností bráni prenikaniu cudzích látok do mozgu, a zároveň prirodzene vyhľadávajú zápalové ložiská v tele.
Výsledkom je hybrid živej imunitnej bunky a nanočipu, ktorý po jednoduchej injekcii sám vnikne do problémovej oblasti v mozgu a tam sa samovoľne uchytí.
Testovanie na myších modeloch
Experimenty na myšiach ukázali, že technológia funguje v oboch kľúčových krokoch: presná doprava nanočipov do cieľa a ich aktivácia v mozgu.
Vedci vytvorili pokusným myšiam malé zápalové ložisko hlboko v mozgu a následne im do krvného obehu vstrekli monocyty nesúce zariadenia SWED. Po 72 hodinách sa veľká časť nanočipov dostala do cieľovej oblasti.
Potom výskumníci aktivovali čipy pomocou infračerveného lasera. V ich okolí sa masívne objavili bunky s proteínom c-Fos, ktorý je typickým znakom čerstvo aktivovaných neurónov. Stimulácia bola navyše extrémne presná, len do okruhu 30 mikrometrov od cieľového miesta, čo zodpovedá veľkosti niekoľkých neurónov.
Nanočipy sú efektívne maskované živými bunkami, aby sa vyhli napadnutiu imunitným systémom tela a aby mohli bez problémov cestovať krvným obehom. Zdroj: MIT
Nová éra liečby mozgových ochorení
Cirkulatronika otvára vedcom a lekárom dvere k úplne novej generácii liečby Alzheimerovej choroby, Parkinsonovej choroby, mozgových nádorov, chronickej bolesti a cielenej liečby zápalov v mozgu.
Podľa Debliny Sarkarovej by sa podobné nanočipy mohli časom naučiť nielen stimulovať, ale aj snímať dianie v mozgu alebo dokonca fungovať ako syntetické elektronické neuróny.
Startup Cahira Technologies plánuje dostať túto technológiu do klinických skúšok v priebehu troch rokov. Ak pôjde všetko hladko, tento typ liečby by sa mohol k pacientom dostať v horizonte niekoľkých rokov až jedného desaťročia.
(zh)
