Képzeljük el, hogy az orvosok apró, vezeték nélküli elektronikus chipeket helyezhetnek el az agyban egy egyszerű karba adott injekció segítségével, amelyek célzott elektromos stimulációt biztosítanak. Ez a technológia forradalmasíthatja a halálos vagy súlyos agyi betegségek kezelését, miközben kiküszöböli a műtéti beavatkozások kockázatait és költségeit.
Az MIT áttörése: önállóan beültethető mikroszkopikus bioelektronika
A Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatói jelentős előrelépést tettek ezen elképzelés megvalósítása felé. Kifejlesztettek egy olyan mikroszkopikus, vezeték nélküli bioelektronikai rendszert, amely képes a test keringési rendszerén keresztül eljutni az agy egy pontosan meghatározott területére, ahol autonóm módon beültethető és célzott kezelést nyújthat.
Egy egereken végzett tanulmány során a kutatók bemutatták, hogy az injekció után ezek a parányi implantátumok képesek emberi irányítás nélkül felismerni és eljutni egy adott agyi régióba. Ott vezeték nélküli energiával működtetve elektromos stimulációt biztosítanak a pontos területen. Ez a neuromodulációs technika ígéretes lehetőségként szolgál olyan betegségek kezelésében, mint az Alzheimer-kór, a szklerózis multiplex vagy akár az agydaganatok.
Biokompatibilitás és a vér-agy gát megőrzése
A technológia egyik legnagyobb újítása, hogy az elektronikus eszközök élő sejtekhez integrálva kerülnek be az injekcióba. Ezáltal nem támadja meg őket a szervezet immunrendszere, és képesek áthatolni a vér-agy gáton anélkül, hogy azt megsértenék. Így megőrzik ezt az agyat védő létfontosságú akadályt.
A kutatók ezt a technológiát „circulatronics”-nak nevezték el. A tanulmányban bemutatták, hogy ezek az implantátumok képesek célzottan kezelni az agyi gyulladást – amely számos neurológiai betegség előrehaladásában kulcsszerepet játszik –, miközben rendkívül nagy pontossággal, néhány mikronos távolságon belül stimulálják a céltérületet.
Biztonságos együttélés az idegsejtekkel
A biokompatibilis implantátumok nem károsítják a környező neuronokat. A hagyományos agyi implantátumokkal ellentétben, amelyek gyakran több százezer dolláros költséggel és kockázatos műtéti beavatkozással járnak, a circulatronics technológia lehetővé teszi a terápiás eszközök széles körű hozzáférhetőségét műtét nélkül – hangsúlyozza Deblina Sarkar, az MIT Media Lab és Neurobiológiai Mérnöki Központjának vezető kutatója.
A circulatronics működési elve és fejlesztése
A kutatócsoport több mint hat éve dolgozik ezen a technológián. Az elektronikus eszközök mérete körülbelül egy rizsszem hosszának egymilliárdod része. Ezek szerves félvezető polimer rétegekből állnak, melyeket fémrétegek közé helyeznek el elektronikus heterostruktúra kialakításához.
Az eszközöket CMOS-kompatibilis gyártási folyamatokkal készítik az MIT.nano laboratóriumban, majd élő sejtekhez integrálják őket cella-elektronikai hibrid létrehozásához. Ehhez leválasztják őket a szilícium alaplapról, így szabadon lebegnek oldatban.
“Az elektronika tökéletesen működött még az alaplapon rögzítve, de amikor leváltottuk őket, először nem működtek. Ennek megoldása több mint egy évig tartott,” meséli Sarkar.
Vezeték nélküli energiaellátás és célzott stimuláció
A készülékek működésének kulcsa a magas hatékonyságú vezeték nélküli energiaátalakítás. Ez lehetővé teszi számukra, hogy mélyen az agyban is elegendő energiát nyerjenek neuromodulációhoz.
A kutatók kémiai reakció segítségével kötötték össze az elektronikus eszközöket monocyta nevű immunsejtekkel, amelyek természetes módon gyulladásos területekre irányulnak. Fluoreszkáló festékkel jelölték meg őket, így nyomon követhették áthaladásukat a vér-agy gáton és önálló beültetésüket az agy célterületén.
Sokoldalú alkalmazási lehetőségek
Bár jelen tanulmányukban főként az agyi gyulladás kezelésére fókuszáltak, a kutatók remélik, hogy más sejttípusokat is alkalmazhatnak majd különböző agyi régiók célzására. “A cella-elektronikai hibrid ötvözi az elektronika sokoldalúságát az élő sejtek biológiai szállító- és érzékelőképességével,” magyarázza Sarkar.
A technológia lehetőséget kínál arra is, hogy milliónyi mikroszkopikus stimulációs pontot hozzanak létre, amelyek pontosan követik a céltérület alakját – ez jelentős előrelépés a hagyományos elektródákhoz képest.
Klinikai perspektívák és jövőbeli fejlesztések
A Sarkar labor jelenleg több betegség kezelésére fejleszti tovább ezt a technológiát, beleértve az agydaganatokat (például glioblastomát), Alzheimer-kórt és krónikus fájdalmat. A circulatronics apró mérete és önbeültetési képessége különösen alkalmas lehet olyan daganatok kezelésére is, amelyek több helyen jelennek meg vagy túl kicsik ahhoz, hogy képalkotó eljárásokkal felismerjék őket.
Ezen túlmenően ígéretes lehetőségként tekintenek rá olyan halálos daganatok esetén is, mint például a diffúz intrinzik pontin glioma (DIPG), amely általában nem operálható.
“Ez egy platformtechnológia, amely számos agyi betegség és mentális zavar kezelésére alkalmazható,” mondja Sarkar. “Nemcsak az agyra korlátozódik ez a technológia; jövőben más testrészekre is kiterjeszthető.”
A kutatócsoport tervezi a technológia klinikai vizsgálatokba viteleit három éven belül a frissen alapított Cahira Technologies startup segítségével. Emellett további nanoelektronikai áramkörök integrálását is vizsgálják eszközeikbe érzékeléshez, adatfeldolgozáshoz és akár szintetikus elektronikus neuronok létrehozásához.
Záró gondolatok: Az emberi agy és gép közötti szimbiózis jövője
“Apró elektronikus eszközeink zökkenőmentesen integrálódnak az idegsejtekkel, együtt élnek és működnek velük egyedülálló agy-számítógép szimbiózist alkotva,” fogalmaz Sarkar. “Elkötelezetten dolgozunk azon, hogy ezt a technológiát olyan idegrendszeri betegségek kezelésére alkalmazzuk, ahol gyógyszerek vagy hagyományos terápiák kudarcot vallanak – enyhítve ezzel emberi szenvedést és megnyitva az utat egy olyan jövő felé, ahol túlléphetünk biológiai korlátainkon.”
Forrás: https://news.mit.edu/2025/new-therapeutic-brain-implants-defy-surgery-need-1105