NASA opracowała nanonarzędzia do stymulacji mózgu
Do niedawna głęboka stymulacja mózgu – metoda leczenia m.in. choroby Parkinsona czy epilepsji – możliwa była tylko poprzez wszczepienie elektrod do mózgowia pacjenta. Jednakże dzięki technologii opracowanej przez zespół Russella J. Andrewsa z Centrum Badawczego im. Amesa, być może inwazyjny zabieg nie będzie potrzebny.
Neurobiolodzy pracujący dla NASA przedstawili wstępne wyniki swoich badań. Głównym celem doświadczeń było opracowanie technik stymulacji. Przy współpracy z kliniką Mayo badano możliwość zastosowania węglowych nanoelektrod jako skuteczniejszej alternatywy dla standardowych elektrod platynowych – tak w kontekście stymulacji neuronów, jak i przy detekcji sygnałów. Do badań wykorzystano nanowłókna węglowe pokryte często stosowanym w medycynie biopolimerem – polipirolem. Tak skonstruowane elektrody osiągnęły bardzo dobre wyniki przy wykrywaniu zmian w stężeniu dopaminy oraz serotoniny w mieszaninie symulującej warunki panujące w mózgu. Najbardziej zaawansowane urządzenie było wyposażone w 9 analizatorów, każdy reagujący na inną substancję. Najważniejszym celem Russella Andrewsa oraz jest współpracowników z kliniki Mayo jest przede wszystkim opracowanie narzędzi, które łączyłyby analizę chemiczną z elektryczną – pozwoliłoby to na lepsze zrozumienie głębokiej stymulacji mózgu, której efekt terapeutyczny jest dobrze poznany, jednak mechanizm działania wciąż wymaga dokładniejszego zbadania. Póki co, badania przeprowadzone na zwierzętach wskazują, że stymulacja jąder podwzgórza powoduje wydzielenie dopaminy. To właśnie utrata komórek produkujących ten neurotransmiter prowadzi do wystąpienia objawów choroby Parkinsona, takich jak sztywność czy spowolnienie ruchów.
Z kolei inny przekaźnik, adenozyna, jest uznawany za neuroprotektor m.in. przy atakach padaczkowych. Jeżeli uwalnianie tych substancji w trakcie głębokiej stymulacji mózgu mogłoby być monitorowane w czasie rzeczywistym oraz z dużą rozdzielczością podczas badania fMRI, klinicyści mogliby lepiej zrozumieć, w jaki sposób elektryczna stymulacja połączona jest z chemiczną odpowiedzią sieci nerwowych. Takie zrozumienie ułatwiłoby programowanie nowych systemów stymulacyjnych oraz opracowywanie terapii dla chorych opornych na leczenie standardowymi metodami.
Zdaniem Andrewsa, takie systemy wykorzystywałyby analizę obliczeniową do zapewnienia optymalnej stymulacji, która pozwoliłaby komórkom na powrót do fizjologicznego funkcjonowania. Patrząc długoterminowo, neurochirurdzy potrafiliby przywrócić uszkodzony układ nerwowy do normy, wykorzystując „inteligentne” narzędzia. Pierwszym krokiem w tym kierunku miałoby być działanie w skali biologicznej – mikroskopijnej. Na tym poziomie, jak wierzy autor pracy, możliwe byłoby usunięcie przyczyny schorzenia, co zapewnia lepszy efekt aniżeli skupianie się na łagodzeniu objawów. Nanorurki oraz nanowłókna węglowe zostały pierwszy raz opisane w roku 1991 i od razu zyskały zainteresowanie jako potencjalne sensory ze względu na swoje właściwości biologiczne oraz bioelektryczne. Ich produkcja opiera się na metodzie chemicznego osadzania z fazy gazowej na specjalnym podłożu z przygotowanym litograficznie wzorem. Następnie zostają one pokryte biopolimerem przy pomocy procesu przypominającego galwanizację. Takie połączenie materiałów gwarantuje niższą impedancję oraz większą pojemność elektryczną niż w dotychczas stosowanych makroelektrodach. Zarówno same cząstki, jak i pokrywające je polimery, wykazują wysoki poziom biozgodności. Poza głęboką stymulacją mózgu, tego rodzaju technologie mogą znaleźć zastosowanie jako implanty ślimakowe, protezy siatkówki oka czy rozruszniki serca. Mogą również służyć jako nośniki leków w terapii celowanej.
