211service.com
Druty do wstrzykiwania do naprawy mózgu
Nowatorskie metody leczenia chorób neurologicznych mogą być możliwe dzięki elastycznej siatce, która może pobudzać poszczególne komórki mózgowe. 13 października 2016
W laboratorium w piwnicy na Uniwersytecie Harvarda kilka pasm cienkiej siatki drucianej faluje na dnie kubka z wodą, jak w malutkim tańcu wstążkowym. Siatki — mniej więcej długości nasadki długopisu — są w stanie zrobić coś bezprecedensowego: po wstrzyknięciu do mózgu żywej myszy mogą bezpiecznie stymulować poszczególne neurony i mierzyć zachowanie komórek przez ponad rok.
Takie elektroniczne interfejsy mózgu mogą kiedyś mieć kluczowe znaczenie dla osób z chorobami neurologicznymi, takimi jak choroba Parkinsona. Choroba powoduje, że grupa neuronów w jednym obszarze mózgu zaczyna obumierać, wywołując niekontrolowane drżenia i wstrząsy. Wysyłanie ukierunkowanych wstrząsów elektrycznych do tego obszaru może pomóc przywrócić żywe neurony do formy i zatrzymać objawy choroby Parkinsona.
Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 2016 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Dzisiaj ludzie mogą poddać się elektroterapii zwanej głęboką stymulacją mózgu. Ale ma duże ograniczenia. Polega na wszczepieniu do mózgu sztywnych, gęstych elektrod. To dalekie od ideału w tak miękkim narządzie: po około czterech tygodniach tkanka bliznowata zaczyna się gromadzić. Jedynym sposobem, aby elektrody działały przez tę tkankę, jest podnoszenie napięcia używanego do wzbudzania neuronów. To może być niebezpieczne i czasami konieczna jest kolejna operacja w celu wymiany implantu.
Charles Lieber, chemik z Harvardu i pionier nanomateriałów, miał inny pomysł: przewodzący interfejs mózgowy, który odzwierciedla najdrobniejsze szczegóły samego mózgu. Tak jak neurony łączą się ze sobą w sieci, która ma otwarte przestrzenie, przez które przechodzą białka i płyny, kreskowania w zginanej elektronice siatki Liebera pozostawiają miejsce na dopasowanie neuronów, zamiast być odpychanym na bok przez pudełkowaty obcy przedmiot. To urządzenie skutecznie zaciera granicę między żywym a nieożywionym systemem, mówi Guosong Hong, stażysta w laboratorium Liebera.
Niezwykle elastyczna siatka, wykonana ze złotych drutów umieszczonych między warstwami polimeru, łatwo zwija się w igłę, dzięki czemu można ją wstrzykiwać zamiast wszczepiać, co pozwala uniknąć bardziej rozległej operacji. Część siatki wystaje przez mózg i dziurę w czaszce, dzięki czemu można ją podłączyć do komputera, który kontroluje wstrząsy elektryczne i mierzy aktywność neuronów. Ale w końcu, jak mówi Lieber, elementy sterujące i zasilanie mogłyby zostać wszczepione w ciało, tak jak w dzisiejszych systemach głębokiej stymulacji mózgu.
Naukowcy przewidują, że siatka ma wiele zastosowań poza chorobą Parkinsona. Może pomóc w leczeniu depresji i schizofrenii dokładniej niż dzisiejsze leki, które obmywają cały mózg chemikaliami i powodują szereg skutków ubocznych.
Najpierw jednak trzeba go przetestować na ludziach. Grupa Liebera współpracuje z lekarzami z Massachusetts General Hospital i wkrótce rozpocznie eksperymenty na osobach z padaczką.
Po lewej: Elektronika siatkowa – linie złota pomiędzy warstwami polimeru – są produkowane partiami na płytce krzemowej.
Po prawej: to zbliżenie siatki pokazuje podkładkę pośrodku, która stymuluje neurony. Mniejsze nakładki mierzą ich aktywność.
Urządzenie jest na tyle elastyczne, że można je wstrzykiwać igłą. Struktura przypominająca sieć zapobiega nadmiernemu zakłócaniu neuronów po wszczepieniu.
Po lewej: Jak pokazano tutaj, w wodzie, siatka w mózgu jest niezwykle elastyczna.
Po prawej: Poza mózgiem (lub wodą) struktura wiotcze.
Wszczepione urządzenie łączy się z komputerem, który kontroluje wstrząsy elektryczne i rejestruje zachowanie neuronów.
Strona z notatnika Liebera z 2007 roku przedstawia jego pierwszą koncepcję siatki.