Egyenként hallgatja le az idegsejteket a beinjekciózható mikroháló

2015.06.16. 15:16

Óriási segítséget adhat a stroke- és Alzheimer-betegek kezeléséhez az az új fejlesztés, amely az idegsejtek közé beépülve figyeli és akár stimulálja azok működését.

Injekcióstűbe csavarható háló

Még csak egereken próbálták ki, máris áttörésnek tekinti az idegtudomány az amerikai Harvard Egyetem kutatócsoportja által kifejlesztett elektronikus hálót, amelyet injekcióval lehet az agyba juttatni.

A speciális mikroháló besodorható egy injekcióstűbeForrás: Nature/Lieber Research Group/Harvard University

A leheletfinom hálót vékony hengerré sodorják, betolják a fecskendő csövébe, utána elegendő a koponyán egy apró lyukat fúrni a tű bevezetéséhez:

a bejuttatott háló magától kitekeredik, és működésbe lép.  

Nem is akárhogy! A kutatók a háló csomópontjaiba parányi elektronikus érzékelő és stimuláló eszközöket illesztettek, amelyek képesek külön-külön detektálni vagy serkenteni az idegsejtek működését.

Emberi neuron, idegsejt. A fejlesztés alatt álló új technológia képes lehet az egyes agysejtek stimulálásáraForrás: AFP/SPL

Amennyiben biztonságosnak bizonyul, az eszköz segítséget nyújthat az Alzheimer-betegség kezelésében is,

- mondta Charles Lieber kémikus, a kutatási program vezetője, aki a Nature Nanotechnology folyóirat júniusi számában számolt be eredményeikről.

Soha nem látott hatalmas lehetőség

A kutató neurológusok előtt még mindig rejtélyes, hogy az önálló agyi idegsejtek tevékenysége pontosan miképpen is szerveződik olyan kognitív funkciókká, mint az észlelés vagy valamely érzelem.

Temérdek kísérletet végeztek abból a célból, hogy több ezer vagy akár több millió neuron együttes működését tanulmányozni lehessen.

Számtalan kísérletet végeztek a neuronok több ezer, vagy több milliós csoportjainak stimulálásáraForrás: Origo

Az agyi implantátumokkal kapcsolatban azonban eddig csak nehézségek adódtak.

Még a legjobb elektronikai eszköz is olyan merev szerkezet, amely valóságos smirgliként károsítja a sérülékeny idegsejteket.

Arról nem beszélve, hogy csak nehezen képesek egyetlen neuron tevékenységének hosszútávon történő nyomon követésére.

A Harvard kutatócsoportja úgy oldotta meg a fenti problémákat,

hogy elektromosan vezető műanyagszálból hálót készítettek, amelynek  csomópontjaiba nanoméretű elektródákat, illetve tranzisztorokat illesztettek.

Neuronok hálója az emberi agybanForrás: AFP

A polimerszálak olyan erősek, mint a természetes selyem, és annyira rugalmasak, akár az agyszövet. A kutatók azért választották a hálós szerkezetet, mert annak szemei közé beépülhetnek az idegsejtek.

Mikroméretekben kellett gondolkodni

A team már 2012-ben bebizonyította, lehetséges élő sejteket arra bírni, hogy osztódásuk közben a hálót beépítsék a keletkező szövetkultúrába. Ám ezt a "kiborg"-mintát Petri-csészében állították elő. Hogyan lehetne ezt a folyamatot élő állat agyszövetében megismételni? Erre szolgál az a néhány centiméteres hálódarab, amelyet olyan szorosan föltekertek, hogy belefért az alig száz mikrométer átmérőjű (emberi hajszállal azonos vastagságú) injekcióstűbe.

Az agy felszínén szétterülő hálóba beépülnek az agysejtekForrás: Science Photo Library/Miriam Maslo

Az agyszövet redői közé juttatott, magától szétterülő háló szemei közé benyomulnak az agyszövet sejtjei.  

A hálóból (és az állat fejéből) kilógó elektródák kétirányú adatforgalmat biztosítanak:

egyrészt az adatokat továbbítják a számítógép felé, másrészt irányított elektromos impulzusokkal stimulálhatják a sejteket.

Az első lépést már megtették

A harvardi kutatók 16 elektronikai eszközzel "dúsított" hálót injektáltak altatásban lévő egerek agyába. A kísérletben az egerek két agyterületét célozták meg, és sikerült mindkét területen folyamatosan figyelni és ingerelni az egyes idegsejteket.  

Az agyi idegsejtek működésével kapcsolatosan még sok a megválaszolatlan kérdésForrás: AFP/A. Varfolomejev

S ami talán a legfontosabb: a hálóba szorosan integrálódtak az idegsejtek, és

még öt hét elteltével sem volt tapasztalható jelentősebb immunválasz: magyarul, nem lökődött ki az eszköz.

A neuronok nem idegenként, hanem segítségként, afféle állványzatként tekintettek a polimer hálóra, nyilatkozta Jia Liu, a fizikusokból, idegkutatókból és kémikusokból álló kutatócsapat tagja.

Folyamatos fejlesztést ígérnek

A kutatócsoport azt tervezi, hogy több száz elektronikai eszközből és különböző szenzorokból álló nagyobb hálót készítsenek, amely nyomon követné az egerek agyműködését éber állapotukban is. Az adatrögzítés azonban körülményesnek ígérkezik: vagy az egerek fejét kell rögzíteni, hogy a kilógó elektródákat ne szakítsák el, vagy vezeték nélküli műszereket kell kifejleszteni - mikroméretben.  A kutatók újszülött egerek agyába is implantálnának ilyen hálót, amely az agy fejlődésével fokozatosan bomlana ki, azaz nőne a területe.

Még további laboratóriumi kutatások szükségesek a technológia humán alkalmazásához. A kép illusztrációForrás: Photononstop/Alain Le Bot

Ugyancsak tervezik, hogy a hálót nanoméretű szondákkal egészítik ki, amelyek a sejtek elektromos aktivitását mérnék.  

A kutatás jól példázza, milyen hatalmas lehetőségeket kínálhat a több tudományágat összefogó, multidiszciplináris megközelítés:

túlléphetünk az elméleti és gyakorlati buktatókon, és talán végre jobban megérthetjük agyunk működését

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK