Εδώ είναι το ανατριχιαστικό άρθρο από το MIT News:

Ερευνητές στο MIT ανέπτυξαν μικροσκοπικές ασύρματες ηλεκτρονικές συσκευές που ταξιδεύουν μέσω του αίματος και εμφυτεύονται σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου, όπου παρέχουν ηλεκτρική διέγερση.

Τι θα γινόταν αν οι γιατροί μπορούσαν να εμφυτεύσουν μικροσκοπικά ηλεκτρονικά τσιπ στον εγκέφαλο που διεγείρουν ηλεκτρικά έναν συγκεκριμένο στόχο με απλή ένεση στο χέρι; Αυτό μπορεί μια μέρα να βοηθήσει στη θεραπεία θανατηφόρων ή εξουθενωτικών εγκεφαλικών ασθενειών, ενώ εξαλείφει τους κινδύνους και το κόστος που σχετίζεται με τη χειρουργική επέμβαση.

Ερευνητές στο MIT έκαναν ένα μεγάλο βήμα για να κάνουν αυτό το σενάριο πραγματικότητα. Ανέπτυξαν μικροσκοπικά, ασύρματα βιοηλεκτρονικά που μπορούν να κινηθούν μέσω του κυκλοφορικού συστήματος του σώματος και να εμφυτευτούν ανεξάρτητα σε μια περιοχή-στόχο του εγκεφάλου, όπου επιτρέπει τη στοχευμένη θεραπεία.

Σε μια μελέτη σε ποντίκια, οι ερευνητές δείχνουν ότι αυτά τα μικροσκοπικά εμφυτεύματα μπορούν να αναγνωρίσουν μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου μετά την ένεση χωρίς ανθρώπινο έλεγχο και να μεταναστεύσουν εκεί. Μόλις φτάσουν εκεί, μπορούν να τροφοδοτηθούν ασύρματα για να διεγείρουν ηλεκτρικά ακριβώς αυτήν την περιοχή. Μια τέτοια διέγερση, γνωστή ως «νευροτροποποίηση», έχει αποδειχθεί ότι είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος για τη θεραπεία όγκων του εγκεφάλου και ασθενειών όπως το Άλτσχαϊμερ και η σκλήρυνση κατά πλάκας.

Επιπλέον, επειδή οι ηλεκτρονικές συσκευές είναι ενσωματωμένες με ζωντανά βιολογικά κύτταρα πριν από την ένεση, δεν δέχονται επίθεση από το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού και μπορούν να διασχίσουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό χωρίς να τον καταστρέψουν. Αυτό διατηρεί τη σημαντική προστατευτική λειτουργία του φραγμού για τον εγκέφαλο.

Οι ερευνητές απέδειξαν τη χρήση αυτής της τεχνολογίας, την οποία αποκαλούν «circulatronics», για τη θεραπεία της φλεγμονής στον εγκέφαλο, έναν σημαντικό παράγοντα στην εξέλιξη πολλών νευρολογικών παθήσεων. Δείχνουν ότι τα εμφυτεύματα επιτρέπουν την τοπική νευροτροποποίηση βαθιά στον εγκέφαλο, επιτυγχάνοντας υψηλή ακρίβεια αρκετών μικρομέτρων γύρω από την περιοχή στόχο. Επιπλέον, τα βιοσυμβατά εμφυτεύματα δεν βλάπτουν τους γύρω νευρώνες.

Η Deblina Sarkar είναι Λέκτορας AT&T στην Ανάπτυξη Σταδιοδρομίας στο MIT Media Lab, στο Κέντρο Νευροβιολογικής Μηχανικής του MIT, Διευθύντρια του Nano-Cybernetic Biotrek Lab και επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης για αυτό το έργο. Ανέφερε:

Ενώ τα εμφυτεύματα εγκεφάλου συνήθως συνοδεύονται από εκατοντάδες χιλιάδες δολλάρια σε ιατρικά έξοδα και επικίνδυνες χειρουργικές επεμβάσεις, η τεχνολογία Circulatronics έχει τη δυνατότητα να κάνει τα θεραπευτικά εμφυτεύματα εγκεφάλου προσβάσιμα σε όλους, εξαλείφοντας την ανάγκη για χειρουργική επέμβαση.

Η δημοσίευση συνυπογράφεται από τον επικεφαλής συγγραφέα Shubham Yadav, διδακτορικό φοιτητή στο MIT, καθώς και άλλους επιστήμονες από το MIT, το Wellesley College και το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύονται σήμερα στο Nature Biotechnology.

Υβριδικά εμφυτεύματα

Η ομάδα εργάζεται στο Circulatronics για περισσότερα από έξι χρόνια. Οι ηλεκτρονικές συσκευές, η καθεμία περίπου το ένα δισεκατομμυριοστό του μήκους ενός κόκκου ρυζιού, αποτελούνται από οργανικά ημιαγώγιμα στρώματα πολυμερούς που βρίσκονται ανάμεσα σε στρώματα μετάλλου για να σχηματίσουν μια ηλεκτρονική ετεροδομή.

Κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας διαδικασίες συμβατές με CMOS στις εγκαταστάσεις του MIT.nano και στη συνέχεια ενσωματώνονται με ζωντανά κύτταρα για τη δημιουργία υβριδίων κυττάρων-ηλεκτρονικών. Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές σηκώνουν τις συσκευές από τη γκοφρέτα πυριτίου στην οποία κατασκευάστηκαν, έτσι ώστε να επιπλέουν ελεύθερα σε ένα διάλυμα:

Τα ηλεκτρονικά λειτουργούσαν τέλεια όταν ήταν ακόμα συνδεδεμένα στο υπόστρωμα. Αλλά αφού το αντικαταστήσαμε, σταμάτησε να λειτουργεί. Μας πήρε πάνω από ένα χρόνο για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα.

Το κλειδί για τη λειτουργία τους είναι η υψηλή απόδοση της ασύρματης μετατροπής ενέργειας των μικροσκοπικών ηλεκτρονικών. Αυτό επιτρέπει στις συσκευές να λειτουργούν βαθιά στον εγκέφαλο και να εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αρκετή ενέργεια για νευροτροποποίηση. Οι ερευνητές συνέδεσαν τις ηλεκτρονικές συσκευές με τα κύτταρα χρησιμοποιώντας μια χημική αντίδραση.

Στη νέα μελέτη, συγχώνευσαν τα ηλεκτρονικά με έναν τύπο ανοσοκυττάρων που ονομάζονται μονοκύτταρα, τα οποία καταπολεμούν τις εστίες φλεγμονής στο σώμα. Χρησιμοποίησαν επίσης μια φθορίζουσα βαφή που τους επέτρεψε να παρακολουθούν τις συσκευές καθώς περνούσαν τον άθικτο αιματοεγκεφαλικό φραγμό και εμφυτεύονταν στην περιοχή-στόχο του εγκεφάλου.

Ενώ εξέταζαν τη φλεγμονή στον εγκέφαλο σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές ήλπιζαν να χρησιμοποιήσουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων και να χειριστούν τα κύτταρα για να στοχεύσουν συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου. Ο Sarkar εξήγησε:

Τα υβρίδια κυττάρων-ηλεκτρονικών μας συνδυάζουν την ευελιξία των ηλεκτρονικών με τις δυνατότητες βιολογικής μεταφοράς και βιοχημικής ανίχνευσης των ζωντανών κυττάρων. Τα ζωντανά κύτταρα καμουφλάρουν τα ηλεκτρονικά έτσι ώστε να μην δέχονται επίθεση από το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος και να μπορούν να κινούνται απρόσκοπτα μέσω της κυκλοφορίας του αίματος. Αυτό του επιτρέπει να συμπιέζει τον άθικτο αιματοεγκεφαλικό φραγμό χωρίς να χρειάζεται να τον ανοίξει επεμβατικά.

Κατά τη διάρκεια περίπου τεσσάρων ετών, η ομάδα δοκίμασε πολλές μεθόδους για να διασχίσει τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό αυτόνομα και μη επεμβατικά πριν τελειοποιήσει αυτήν την τεχνική κυτταρικής ολοκλήρωσης. Επιπλέον, οι συσκευές Circulatronics προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από τα συμβατικά ηλεκτρόδια λόγω του μικρού τους μεγέθους. Μπορούν να εμφυτευτούν και έτσι να σχηματίσουν εκατομμύρια θέσεις μικροσκοπικής διέγερσης που παίρνουν το ακριβές σχήμα της περιοχής στόχου.

Χάρη στο μικρό τους μέγεθος, οι βιοσυμβατές συσκευές μπορούν να συνυπάρχουν με νευρώνες χωρίς να προκαλούν επιβλαβείς επιπτώσεις. Μέσω μιας σειράς δοκιμών βιοσυμβατότητας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το Circulatronics μπορεί να ενσωματωθεί με ασφάλεια στους νευρώνες χωρίς να παρεμβαίνει στις γνωστικές ή κινητικές διαδικασίες του εγκεφάλου. Αφού οι συσκευές εμφυτευτούν στην περιοχή στόχο, ένας γιατρός ή ερευνητής χρησιμοποιεί έναν εξωτερικό πομπό για να στείλει ηλεκτρομαγνητικά κύματα με τη μορφή εγγύς υπέρυθρου φωτός, το οποίο ενεργοποιεί την τεχνολογία και επιτρέπει στους νευρώνες να διεγείρονται ηλεκτρικά.

Καταπολέμηση θανατηφόρων ασθενειών

Το εργαστήριο Sarkar εργάζεται επί του παρόντος για την περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας του για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων των όγκων του εγκεφάλου, της νόσου του Άλτσχαϊμερ και του χρόνιου πόνου.

Λόγω του μικρού τους μεγέθους και της ικανότητάς τους να αυτοεμφυτεύονται, οι συσκευές κυκλοφορικής θα μπορούσαν να είναι κατάλληλες για τη θεραπεία όγκων του εγκεφάλου, όπως το γλοιοβλάστωμα, που προκαλούν όγκους σε πολλαπλές θέσεις, μερικές από τις οποίες είναι πολύ μικρές για να ανιχνευθούν με τεχνικές απεικόνισης.

Θα μπορούσαν επίσης να ανοίξουν νέους δρόμους για τη θεραπεία ιδιαίτερα θανατηφόρων καρκίνων, όπως το διάχυτο εγγενές γλοίωμα pontine, ένας επιθετικός τύπος όγκου στο εγκεφαλικό στέλεχος που συνήθως δεν μπορεί να αφαιρεθεί χειρουργικά:

Αυτή είναι μια τεχνολογία πλατφόρμας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία διαφόρων εγκεφαλικών διαταραχών και ψυχικών ασθενειών. Επιπλέον, αυτή η τεχνολογία δεν περιορίζεται στον εγκέφαλο, αλλά θα μπορούσε να επεκταθεί και σε άλλα μέρη του σώματος στο μέλλον.

Οι ερευνητές ελπίζουν να μεταφράσουν την τεχνολογία σε κλινικές δοκιμές μέσα σε τρία χρόνια μέσω της νεοσύστατης νεοσύστατης Cahira Technologies. Διερευνούν επίσης την ενσωμάτωση πρόσθετων νανοηλεκτρονικών κυκλωμάτων στις συσκευές τους για να επιτρέψουν λειτουργίες όπως η ανίχνευση, η ανάδραση με βάση την ανάλυση δεδομένων στο τσιπ και δυνατότητες όπως η δημιουργία συνθετικών ηλεκτρονικών νευρώνων:

Οι μικροσκοπικές ηλεκτρονικές συσκευές μας ενσωματώνονται απρόσκοπτα στους νευρώνες και συνυπάρχουν με τα εγκεφαλικά κύτταρα, δημιουργώντας μια μοναδική συμβίωση μεταξύ εγκεφάλου και υπολογιστή. Εργαζόμαστε σκληρά για να χρησιμοποιήσουμε αυτήν την τεχνολογία για τη θεραπεία νευρικών ασθενειών όπου τα φάρμακα ή οι τυπικές θεραπείες αποτυγχάνουν, για να ανακουφίσουμε τον πόνο των ανθρώπων και να δημιουργήσουμε ένα μέλλον όπου οι άνθρωποι μπορούν να ξεπεράσουν ασθένειες και βιολογικούς περιορισμούς.