211service.com
Smadzeņu implants, kas izmanto gaismu
Medtronic pētnieki izstrādā neironu implanta prototipu, kas izmanto gaismu, lai mainītu smadzeņu neironu uzvedību. Ierīce ir balstīta uz jauno zinātni par optoģenētisko neiromodulāciju, kurā noteiktas smadzeņu šūnas ir ģenētiski izstrādātas, lai reaģētu uz gaismu. Pasaulē lielākā biomedicīnas tehnoloģiju ražotāja Medtronic mērķis ir izmantot ierīci, lai labāk izprastu, kā elektriskā terapija, ko pašlaik izmanto Parkinsona slimības un citu slimību ārstēšanai, mazina šo slimību simptomus. Medtronic zinātnieki apgalvo, ka izmantos rezultātus, lai uzlabotu elektriskos stimulatorus, ko uzņēmums jau pārdod, bet citi galu galā cer izmantot optiskās terapijas tieši kā ārstēšanu.
Gaismas terapija: Neirons (zaļš), kas izstrādāts, lai izteiktu gaismas jutīgu proteīnu, kas aizdegas, reaģējot uz konkrētiem gaismas viļņu garumiem. Stikla elektrods (apakšējais kreisais stūris) reģistrē neirona elektrisko reakciju. Pētnieki no Medtronic izmantoja šo sistēmu, lai apstiprinātu, ka jauns implantējams stimulators var pareizi aktivizēt neironus ar gaismu.
Mūsdienu neironu implanti darbojas, piegādājot izmērītas elektriskās stimulācijas devas, izmantojot plānu elektrodu, kas ķirurģiski ievietots nelielā caurumā pacienta galvaskausā, un tā galu implantē lokalizētā smadzeņu zonā. Kopš ASV Pārtikas un zāļu pārvalde ir apstiprinājusi šādas smadzeņu elektrokardiostimulatora ierīces un elektriski balstīto ārstēšanu, ko tās nodrošina, sauktu par dziļo smadzeņu stimulāciju (DBS) – traucējumiem, ko sauc par esenciālo trīci 1997. gadā, Parkinsona slimību 2002. gadā un distoniju 2003. gadā. Tos uzstādījuši 75 000 cilvēku. Tiek uzskatīts, ka elektriskie impulsi novērš patoloģisku nervu darbību, ko izraisa dažādas slimības, lai gan ārsti maz zina, kā darbojas DBS.
Neskatoties uz panākumiem, šādām nervu protēzēm ir nopietni trūkumi. Papildus to fiziskās atrašanās vietas faktam tie bez izšķirības stimulē neironus pie elektroda. Šī pārmērīga aktivitāte var izraisīt reiboni, tirpšanu un citas blakusparādības. Turklāt tie rada elektrisku troksni, kas apgrūtina klusāku neironu signālu izsekošanu un praktiski neiespējamu vienlaicīgu skenēšanas sistēmu, piemēram, MRI, izmantošanu, kas savukārt neļauj pētniekiem iegūt pierādījumus par to, kā DBS faktiski darbojas.
Pēdējos gados zinātnieki ir izstrādājuši veidu, kā stimulēt neironus, izmantojot gaismu, nevis elektrību. Pētnieki vispirms īpašā neironu apakškopā ievada gēnu gaismas jutīgai molekulai, ko sauc par kanalrodopsīnu 2 (ChR2). Zilā gaisma uz šiem neironiem pēc tam liek tiem aizdegties. Viena no šīs pieejas priekšrocībām ir tās specifika - tiek aktivizēti tikai neironi ar gēnu. Tas arī nodrošina veidu, kā izslēgt neironus, ieviešot citu molekulu, halorodopsīnu (NpHR), kas apklusina šūnas, reaģējot uz dzelteno gaismu. Tā ir vēl viena unikālā lieta šajā pieejā, saka Tims Denisons, Medtronic neiromodulācijas nodaļas vecākais IC inženieru vadītājs. Tas ļauj mums apklusināt neironu darbību, kas ar elektrostimulāciju ir ārkārtīgi sarežģīta.
Kamēr akadēmiskie zinātnieki izstrādā jaunus instrumentus gaismas nogādāšanai smadzenēs, Medtronic izstrādā optoģenētiski pamatotu implantu komerciālai lietošanai. Modulim, kas ir aptuveni maza USB zibatmiņas diska izmēra un formas, ir bezvadu datu saites, jaudas pārvaldības bloks, mikrokontrolleris un optiskais stimulators. Tas izmanto optiskās šķiedras vadu, lai novirzītu gaismu no zilas vai zaļas gaismas diodes uz mērķa neironiem smadzenēs. Uzņēmums plāno pārdot ierīci neirozinātņu pētniekiem un izmantot to iekšējiem pētījumiem par DBS ietekmi.
Medtronic zinātnieki uzsver ierīces ļoti agrīno raksturu. Šis ir pētījums, kas paredzēts izmantošanai ar dzīvnieku modeļiem un pašlaik nav gatavs jebkāda veida cilvēku tulkošanai, uzsver Denisons. Tomēr viņš turpina: aizraujoši ir tas, ka terapijas mūsdienās joprojām balstās uz šīm elektriski balstītajām idejām no 19. gadsimta. Tagad šī jaunā, graujošā tehnoloģija piedāvā unikālu saskarni ar nervu sistēmu.
Mūsdienās vairāk nekā 500 laboratoriju izmanto optoģenētiskos rīkus Parkinsona slimības, akluma, mugurkaula traumu, depresijas, narkolepsijas, atkarības un atmiņas dzīvnieku modeļiem. Medtronic, kas ir izveidojis savu biznesu, ieviešot novatoriskus medicīniskos pētījumus tirgū, ir plaši konsultējies ar optoģenētikas pionieriem. Kārlis Deisserots Stenforda un Ed Boyden no MIT, lai izveidotu implantu šīs jaunās zinātnes atbalstam. (Boidens ir neregulārs žurnālists Tehnoloģiju apskats .)
Lai pētniecisko implantu pārveidotu par klīnisku ierīci, Medtronic vai citiem būs jāatrod veidi, kā droši piegādāt nepieciešamos gēnus specifiskām smadzeņu neironu ķēdēm. Denisons saka, ka viņš domā, ka praktisku, uz optoģenētisku balstītu terapiju attīstība cilvēkiem būs pakāpeniska. Atklāti sakot, šī ir tehnoloģija, pie kuras es varu redzēt savu dēlu kā Medtronic darbinieku, viņš saka.
Tomēr MIT Boyden paredz paātrinātu attīstību: es domāju, ka tas ir vairāk trīs līdz 10 gadu periodā, viņš saka. Boydens ir līdzdibinājis uzņēmumu Eos, lai izstrādātu gēnu terapiju akluma ārstēšanai. (Tā kā tā ir vērsta uz aci, šai terapijai nav nepieciešams implants.) Džerijs Silvers no Case-Western universitātes ir starta uzņēmums LucCell, kura mērķis ir šādas terapijas, lai atjaunotu bojātas muguras smadzeņu funkcijas. Gēnu terapija ir nobriešanas lauks, saka Sudraba. Ir vīrusa tips, ko sauc AAV – ar adenomu saistīts vīruss – tas ir dabisks, gandrīz visi no mums jau nēsā, kam nav simptomu un kas jau ir lietots daudziem simtiem pacientu bez neviena nopietna nevēlama notikuma.
Kopumā Boidens secina: daudzu nervu vai psihisku traucējumu gadījumā ļoti mazai smadzeņu šūnu daļai ir ļoti lielas izmaiņas – Parkinsona slimība ir, iespējams, dažu tūkstošu šūnu nāve. Ja ar optoģenētiku jūs varat labot šos pakārtotos mērķus, nemainot visus 'normālos neironus' (pēdiņās), jūs varētu atrisināt mūsu pašreizējo problēmu, proti, ka visām zālēm smadzeņu darbības traucējumu ārstēšanai ir ļoti nopietnas blakusparādības un nervu implanti ir ārkārtīgi neass instruments. . Tātad tā ir cerība.