211service.com
Smegenų implantas, kuris naudoja šviesą
„Medtronic“ tyrėjai kuria neuroninio implanto prototipą, kuris naudoja šviesą, kad pakeistų smegenų neuronų elgesį. Prietaisas pagrįstas besiformuojančiu optogenetinės neuromoduliacijos mokslu, kai specifinės smegenų ląstelės yra genetiškai modifikuotos taip, kad reaguotų į šviesą. Didžiausias pasaulyje biomedicininių technologijų gamintojas Medtronic siekia panaudoti prietaisą, kad geriau suprastų, kaip elektrinė terapija, šiuo metu naudojama Parkinsono ligai ir kitiems sutrikimams gydyti, mažina šių ligų simptomus. „Medtronic“ mokslininkai teigia, kad gautas išvadas panaudos tobulindami bendrovės jau parduodamus elektros stimuliatorius, tačiau kiti galiausiai tikisi optinę terapiją naudoti tiesiogiai kaip gydymą.
Šviesos terapija: Neuronas (žalias), sukurtas išreikšti šviesai jautrų baltymą, užsidega reaguodamas į tam tikrus šviesos bangos ilgius. Stiklinis elektrodas (apatiniame kairiajame kampe) registruoja neurono elektrinį atsaką. Mokslininkai iš Medtronic naudojo šią sistemą, kad patvirtintų, jog naujas implantuojamas stimuliatorius gali tinkamai suaktyvinti neuronus šviesa.
Šiuolaikiniai nerviniai implantai veikia skirdami išmatuotas elektros stimuliacijos dozes per ploną elektrodą, chirurginiu būdu įkištą per mažą skylę paciento kaukolėje, o jo galiukas implantuojamas į lokalizuotą smegenų sritį. Nuo tada, kai JAV maisto ir vaistų administracija patvirtino tokius smegenų stimuliatorius ir elektra pagrįstą gydymą, vadinamą giliąja smegenų stimuliacija (DBS), nuo sutrikimo, vadinamo esminiu tremoru 1997 m., Parkinsono ligai 2002 m. ir distonijai 2003 m. Juos įdiegė 75 000 žmonių. Manoma, kad elektriniai impulsai kovoja su nenormalia nervų veikla, atsirandančia dėl įvairių ligų, nors gydytojai mažai žino, kaip veikia DBS.
Nepaisant sėkmės, tokie nerviniai protezai turi rimtų trūkumų. Be akivaizdaus savo fizinės padėties fakto, jie be atrankos stimuliuoja neuronus šalia elektrodo. Per didelis aktyvumas gali sukelti galvos svaigimą, dilgčiojimą ir kitus šalutinius poveikius. Be to, jie sukuria elektrinį triukšmą, dėl kurio sunku sekti tylesnius neuroninius signalus, o vienu metu naudoti skenavimo sistemas, tokias kaip MRT, praktiškai neįmanoma, o tai savo ruožtu neleidžia tyrėjams gauti įrodymų, kaip iš tikrųjų veikia DBS.
Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai sukūrė būdą, kaip stimuliuoti neuronus naudojant šviesą, o ne elektrą. Tyrėjai pirmiausia įveda šviesai jautrios molekulės geną, vadinamą kanalrodopsinu 2 (ChR2), į specifinį neuronų pogrupį. Šviečiant mėlynai šviesai šiuos neuronus jie suveikia. Vienas iš šio metodo pranašumų yra jo specifiškumas – aktyvuojami tik neuronai su genu. Tai taip pat yra būdas išjungti neuronus – įvedant kitokią molekulę, halorodopsiną (NpHR), nutildomos ląstelės, reaguodamos į geltoną šviesą. Tai yra kitas unikalus šio metodo dalykas, sako Tim Denison, vyresnysis IC inžinerijos vadovas iš Medtronic neuromoduliacijos skyriaus. Tai leidžia mums nutildyti neuronų veiklą, kuri yra nepaprastai sudėtinga naudojant elektrostimuliaciją.
Kol akademiniai mokslininkai kuria naujas priemones šviesai į smegenis tiekti, Medtronic kuria optogenetiškai pagrįstą implantą komerciniam naudojimui. Modulis, kurio dydis ir forma yra maždaug mažos USB atmintinės, turi belaidžius duomenų ryšius, maitinimo valdymo bloką, mikrovaldiklį ir optinį stimuliatorių. Jis naudoja šviesolaidinį laidą, kad nukreiptų šviesą iš mėlynos arba žalios šviesos diodo į tikslinius smegenų neuronus. Bendrovė planuoja parduoti prietaisą neurologijos tyrėjams ir naudoti jį vidaus tyrimams apie DBS poveikį.
Medtronic mokslininkai pabrėžia labai ankstyvą įrenginio prigimtį. Tai tyrimas, skirtas naudoti su gyvūnų modeliais ir šiuo metu nėra paruoštas jokiam žmogaus vertimui, pabrėžia Denisonas. Vis dėlto jis tęsia: Įdomu tai, kad terapija šiandien tebėra pagrįsta šiomis XIX amžiaus elektra pagrįstomis idėjomis. Dabar ši nauja, trikdanti technologija siūlo unikalią nervų sistemos sąsają.
Šiandien daugiau nei 500 laboratorijų taiko optogenetinius įrankius Parkinsono ligos, aklumo, stuburo traumų, depresijos, narkolepsijos, priklausomybės ir atminties modeliams. „Medtronic“, kuri sukūrė savo verslą novatoriškai įgyvendindama medicinos tyrimus rinkoje, daug konsultavosi su optogenetikos pradininkais. Karlas Deisserothas Stanfordo ir Edo Boydeno iš MIT sukurti implantą, kuris paremtų šį naują mokslą. (Boydenas retkarčiais skundžiasi Technologijų apžvalga .)
Kad tyrimo implantas būtų paverstas klinikiniu prietaisu, „Medtronic“ ar kiti turės rasti būdų, kaip saugiai pristatyti reikiamus genus į konkrečias smegenų nervų grandines. Denisonas sako manantis, kad praktinės optogenetinės terapijos žmonėms pacientams kūrimas bus laipsniškas. Atvirai kalbant, tai yra technologija, kurią matau, kaip mano sūnus dirba Medtronic darbuotoju, sako jis.
Tačiau MIT Boydenas numato spartesnį vystymąsi: manau, kad tai daugiau nuo 3 iki 10 metų, sako jis. Boydenas įkūrė įmonę „Eos“, kuri kuria genų terapijas aklumui gydyti. (Kadangi ši terapija skirta akims, implanto nereikės.) Jerry Silver iš Case-Western universiteto turi startuolį LucCell , kurio tikslas – atkurti pažeistas nugaros smegenų funkcijas. Genų terapija yra bręstanti sritis, sako Silveris. Yra viruso tipas, vadinamas AAV – su adenovirusu – tai yra natūralu, beveik visi mes jau nešiojame, neturintys jokių simptomų ir jau panaudoti šimtams pacientų be jokio rimto nepageidaujamo reiškinio.
Apskritai Boydenas daro išvadą: esant daugeliui nervų ar psichikos sutrikimų, labai maža smegenų ląstelių dalis turi labai didelių pakitimų – Parkinsono liga yra galbūt kelių tūkstančių ląstelių mirtis. Jei naudodamiesi optogenetika galite pataisyti tuos pasroviui esančius taikinius nepakeisdami visų „normalių neuronų“ (kabutėse), galite išspręsti mūsų dabartinę problemą, t. y. kiekvienas vaistas, skirtas smegenų ligoms gydyti, turi labai rimtų šalutinių poveikių, o nervų implantai yra labai buki instrumentai. . Taigi tai yra viltis.