A Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatócsoportja az elmúlt hat évben több fejlett technológiát finomított és kombinált, hogy létrehozzon egy forradalmi platformot az idegrendszeri betegségek és mentális zavarok kezelésére. Az új megoldás nemcsak hatékonyabb lehet a hagyományos módszereknél, hanem teljesen kiküszöböli a bonyolult, kockázatos sebészeti beavatkozásokat.
Mi az a Circulatronics?
A Circulatronics egy olyan innovatív technológia, amely az elektronika és a biológiai szállítás fúzióját használja arra, hogy autonóm módon bioelektronikus eszközöket juttasson be a szervezetbe – teljesen elkerülve a műtéti beavatkozást. A technológia középpontjában a célzott elektromos stimuláció áll, amelyet az agy különböző területeire irányítanak különféle betegségek kezelésére.
Az elmúlt években ez a megközelítés már alkalmazásra került olyan kórképek esetén, mint a depresszió, Alzheimer-kór, sclerosis multiplex és agydaganatok. Ezeknél a kezeléseknél hagyományosan invazív műtéti eljárással ültetnek be elektródákat az agyba, ami fertőzésveszélyt és agyszöveti károsodást hordoz magában. Ráadásul ezek a műtétek költségesek és világszerte több mint 3 milliárd idegrendszeri beteg számára nehezen hozzáférhetők.
A Circulatronics technológia működése
Az új integrált technológia teljesen megszünteti a műtéti szükségességet. Helyette sub-celluláris méretű vezeték nélküli elektronikus eszközöket (SWED – Sub-cellular Sized Wireless Electronic Devices) használnak, amelyeket egy egyszerű karba adott injekcióval juttatnak el az agyba. Ezek a mikroszkopikus chipek autonóm módon képesek önmagukat beültetni az agy célzott területeire, miközben energiát nyernek és elektromos stimulációt biztosítanak a betegséggel érintett régiókban.
A SWED-ek – apró csodák az orvostudományban
A SWED-ek mérete elképesztően kicsi: körülbelül egymilliárdod része egy rizsszem hosszának. Ezeket organikus félvezető polimer rétegekből állítják elő, melyeket fémrétegek közé szendvicsszerűen helyeznek el, így apró chipeket alkotva. Méretük elegendően kicsi ahhoz, hogy egy keringő vérsejten is elférjenek.
Ezek az eszközök vezeték nélküli energiagyűjtésre képesek fotovoltaikus elven, vagyis fényt alakítanak át elektromos árammá. Ez azt jelenti, hogy kívülről alkalmazott fényforrásokkal – például közeli infravörös lézerrel, amely át tud hatolni a koponyán – működtethetők.
Kép forrása: MIT kutatók
Hogyan jutnak el ezek az eszközök az agyba?
A SWED-eket élő immunsejtekkel, úgynevezett monocitákkal egyesítik, létrehozva egy sejt-elektronika hibridet. Ezek a sejtek képesek áthatolni a vér-agy gáton anélkül, hogy az immunrendszer megtámadná őket. Természetes módon keresik fel a gyulladásos területeket a szervezetben – ezek pedig gyakran előfordulnak számos idegrendszeri betegség esetén.
A sejt-elektronika hibrid így célzottan eljut az érintett agyi régiókhoz és ott önállóan beülteti magát. Ez lehetővé teszi a rendkívül pontos és fókuszált neuromodulációt (azaz neuronaktivitás szabályozását) minimális mellékhatásokkal.
Kép forrása: MIT kutatók
Tudományos bizonyítékok és tesztek egereken
A Circulatronics technológiát két fázisban tesztelték egereken annak érdekében, hogy igazolják a sejtekkel történő implantátum-bejuttatás biztonságosságát és hatékonyságát.
- Célzott gyulladás létrehozása: A kutatók mesterségesen gyulladásos területet hoztak létre egy mély agyi régióban, hogy szimulálják a betegség okozta gyulladást (például Alzheimer-kór vagy stroke esetén).
- Hibrid injekció: A sejt-elektronika hibridet közvetlenül az egerek véráramába juttatták be.
- Implantáció ellenőrzése: 72 óra elteltével megvizsgálták, hogy hány eszköz jutott el sikeresen a célterületre – jelentős mennyiségű chip talált helyet magának pontosan ott.
- Optikai stimuláció: A sikeresen beültetett hibrid egereket infravörös lézerrel stimulálták vezeték nélkül. Az aktivációt c-Fos fehérje jelenlétével mérték, amely újonnan aktivált agysejteket jelöl.
- Eredmények: Az implantátummal rendelkező egerek esetében magas volt az aktivált c-Fos pozitív sejtek száma, ráadásul ez az aktiváció rendkívül fókuszált volt – mindössze 30 mikrométeres távolságra a gyulladásos területtől.
A jövő perspektívái és további fejlesztések
A Circulatronics technológia potenciálisan forradalmasíthatja az idegrendszeri betegségek kezelését világszerte. Sarkar vezetésével a kutatócsoport tovább fejleszti ezt a platformot olyan súlyos kórképek kezelésére is, mint az agydaganatok, Alzheimer-kór vagy krónikus fájdalom.
Ezen túlmenően vizsgálják annak lehetőségét is, hogy még több nanoelektronikai áramkört integráljanak SWED-jeikbe, amelyek nemcsak stimulálni tudják az idegsejteket, hanem érzékelni is képesek azok aktivitását – akár mesterséges elektronikus neuronok létrehozásával.
Túl az idegrendszeri betegségeken: szélesebb alkalmazási területek
Sarkar szerint ez a technológia nem kizárólag az agyra korlátozódik majd: más szervekhez is irányítható lesz a jövőben. Például vezeték nélküli pacemakerek telepítésére is alkalmas lehet anélkül, hogy invazív műtétekre lenne szükség.
Mikor érkezik meg hozzánk?
A Circulatronics klinikai kipróbálását Sarkar és csapata egy MIT spin-off vállalatán keresztül, a Cahira Technologies-en keresztül tervezi megkezdeni három éven belül. Ezt követően több évnyi engedélyezési folyamat vár rájuk mielőtt kereskedelmi forgalomba kerülhetne.
Bár még várnunk kell rá néhány évet, ez a technológia jelentős szerepet játszhat majd az orvosi ellátás jövőjében – különösen azok számára, akik jelenleg nem férnek hozzá biztonságos és hatékony neuromodulációs kezelésekhez.
Forrás: https://newatlas.com/brain/mit-injectable-brain-chips-treat-disease/
