Што ако докторите можат да вградат мали електронски чипови во мозокот кои електрично стимулираат прецизна цел со едноставна инјекција во раката? Ова еден ден би можело да помогне во лекувањето на смртоносни или ослабувачки мозочни заболувања, а воедно да се елиминираат ризиците и трошоците поврзани со операцијата.
Истражувачи од Институтот за технологија на Масачусетс (МИТ) направија голем чекор кон остварување на ова сценарио. Тие развија микроскопска, безжична биоелектроника, која би можела да патува низ циркулаторниот систем на телото и автономно да се вгради во целна област на мозокот, каде што би испорачала целен третман.
Во студија на глувци истражувачите покажале дека откако ќе бидат инјектирани, овие минијатурни импланти би можеле да патуваат до одредена област на мозокот без потреба од човечко водство. Откако ќе стигнат таму, би можеле безжично да се напојуваат за да испорачаат електрична стимулација до прецизно целна област.
Таквата стимулација, позната како невромодулација, покажуваа ветување како начин за лекување на тумори на мозокот и болести како што се Алцхајмеровата болест и мултиплекс склерозата.
Покрај тоа, бидејќи електронските уреди се интегрирани со живи, биолошки клетки пред инјектирањето, тие не се нападнати од имунолошкиот систем на телото и можат да ја преминат крвно-мозочната бариера, оставајќи ја недопрена.
Истражувачите ја демонстрираа употребата на оваа технологија, која ја нарекуваат „циркулатроника“, за таргетирање на воспалението на мозокот, главен фактор во прогресијата на многу невролошки заболувања. Тие покажуваат дека имплантите можат да испорачаат локализирана невромодулација длабоко во мозокот со голема прецизност, во рамките на неколку микрони од целната област.
“Додека мозочните импланти обично бараат стотици илјади долари медицински трошоци и ризични хируршки процедури, технологијата на циркулатроника има потенцијал да ги направи терапевтските мозочни импланти достапни за сите со елиминирање на потребата од хируршка интервенција“, вели Деблина Саркар, вонреден професор во MIT Media Lab и MIT Center for Neurobiological Engineering, директор на Nano-Cybernetic Biotrek Laboratory и главен автор на студијата објавена во списанието Nature Biotechnology.
Тимот работи на циркулатроника повеќе од шест години. Електронските уреди, секој околу милијарда пати пократок од зрно ориз, се направени од органски полупроводнички полимерни слоеви сместени помеѓу метални слоеви за да создадат електронска хетероструктура.
Тие се изработени со CMOS-компатибилни процеси во нано-објектите на МИТ, а потоа се интегрираат со живи клетки за да создадат хибридна клеточна електроника. За да го направат ова истражувачите ги креваат уредите од силиконската плочка на која се изработени, така што тие слободно лебдат во раствор.
„Електрониката работеше совршено кога беше прикачена на подлогата, но кога првично ги кренавме, тие престанаа да работат. Ни требаше повеќе од една година за да го решиме тој предизвик“, вели Саркар.
Клучот за нивната работа е високата ефикасност на безжичната конверзија на енергија на малата електроника. Ова им овозможува на уредите да работат длабоко во мозокот и сепак да користат доволно енергија за невромодулација.
Истражувачите користат хемиска реакција за да ја поврзат електрониката со клетките. Во новата студија тие ја комбинирале електрониката со еден вид имунолошки клетки наречени моноцити, кои ги таргетираат областите на воспаление во телото. Тие исто така примениле флуоресцентна боја, што им овозможува да го следат уредот додека ја преминува недопрената крвно-мозочна бариера и се имплантира во целната област на мозокот.
Иако оваа студија истражувала воспаление на мозокот, истражувачите се надеваат дека ќе користат различни типови клетки и ќе ги модифицираат за да ги таргетираат специфичните региони на мозокот.
„Нашиот хибрид на клетки и електроника ја комбинира разновидноста на електрониката со биолошкиот транспорт и биохемиската моќ на живите клетки. Живите клетки ја камуфлираат електрониката така што тие не се нападнати од имунолошкиот систем на телото и можат да патуваат непречено низ крвотокот. Ова исто така им овозможува да се протнат низ недопрената крвно-мозочна бариера без да мора инвазивно да ја отвораат.“ вели Саркар.
Во текот на околу четири години тимот испробал многу методи за автономно и неинвазивно преминување на крвно-мозочната бариера пред да ја усоврши оваа техника на интеграција на клетките.
Дополнително, бидејќи циркулатронските уреди се толку мали, тие нудат многу поголема прецизност од конвенционалните електроди. Тие можат сами да се имплантираат, што резултира со милиони микроскопски места за стимулација кои ја добиваат точната форма на целната област.
Нивната мала големина им овозможува на биокомпатибилните уреди да живеат покрај невроните без да предизвикаат никакви негативни ефекти. Преку серија тестови за биокомпатибилност истражувачите откриле дека циркулатрониката може безбедно да се интегрира меѓу невроните без да влијае на мозочните процеси зад когницијата или движењето.
Откако уредите ќе се имплантираат во целната област, клиничарот или истражувачот користи надворешен предавател за да генерира електромагнетни бранови, во форма на близу инфрацрвени бранови.
(Vidi.hr)
