Istraživači razvili uređaje koji se kače direktno na ćelije: Obnavljaju funkciju neurona

Foto: Pablo Penso, Marta Airaghi, MIT

Istraživači sa Instituta tehnologije u Masačusetsu (MIT) razvili su inovativnu tehnologiju koja omogućava nošenje mikroskopskih uređaja direktno na ćelijama, što bi moglo promeniti pristup lečenju neuroloških bolesti. Ovi uređaji, bez baterija, mogu se koristiti za obnavljanje funkcije neurona, posebno kod oboljenja kao što je multipla skleroza. Uz pomoć svetla, ovi uređaji omotavaju ćelije, kao što su aksoni i dendriti, i omogućavaju precizno merenje i modifikaciju njihove aktivnosti na subćelijskom nivou, piše Neuroscience news.

Nosivi uređaji postali su uobičajeni u svakodnevnom životu, od pametnih satova do uređaja za praćenja fitnesa, ali istraživači sa MIT-a otišli su korak dalje i razvili tehnologiju koja može da deluje na mnogo manjem nivou, na nivou pojedinačnih ćelija. Ovi uređaji, mikroskopske veličine, dizajnirani su da omotaju delove neurona kao što su aksoni i dendriti, omogućavajući im da mere ili menjaju električnu i metaboličku aktivnost ćelija.

Preporučujemo

Glavna inovacija ovih uređaja leži u tome što su bežični i ne zahtevaju baterije. Aktiviraju se svetlom, što znači da ne samo da mogu da obavljaju funkcije poput tradicionalnih nosivih uređaja (mereći biološke procese), već i da imaju potencijal da obavljaju daleko složenije zadatke, kao što je obnavljanje funkcije neurona. Na primer, u slučaju multiple skleroze, gde dolazi do gubitka mijelina, izolacionog sloja koji omogućava efikasan prenos nervnih impulsa, ovi uređaji mogu da deluju kao sintetički mijelin, što može pomoći u obnovi oštećenih aksona i poboljšanju nervnih funkcija.

Ovi uređaji, opisani u studiji u Nature Communications Chemistry, napravljeni su od mekog polimera poznatog kao azobenzen, koji ima sposobnost da menja svoj oblik kada je izložen svetlu. Na taj način, uređaji se smotaju oko ćelijskih struktura, kao što su aksoni, omogućavajući im da prate i modulišu električnu aktivnost. Istraživači su pokazali da je moguće precizno kontrolisati smer i prečnik smotavanja uređaja promenom intenziteta i polarizacije svetla.

Osim što omogućavaju precizno omotavanje, ovi uređaji se mogu koristiti za neinvazivnu stimulaciju ćelija, što je posebno korisno kada je potrebno obnoviti funkciju neurona oštećenih usled bolesti. Zanimljivo je da ovi uređaji mogu biti korišćeni u velikim količinama, hiljade uređaja mogu se istovremeno koristiti, jer su bezbaterijski i mogu se aktivirati svetlom, što omogućava njihovu distribuciju i kontrolu u telu.

Iako se radi o veoma malim uređajima, naučnici su se pobrinuli da oni budu potpuno biokompatibilni. Testovi provedeni na neuronima pacova pokazali su da ovi uređaji mogu da se obaviju oko čak i veoma krivih aksona i dendrita, bez izazivanja oštećenja. Ovi uređaji su toliko nežni da se mogu koristiti na živim ćelijama, što je ključni izazov u biotehnologiji i bioelektronici.

Osim toga, istraživači su se suočili sa izazovom skaliranja ovog procesa, jer je potrebno stvoriti ove uređaje u velikim količinama. Korišćenjem tehnologije pečatiranja, uspeli su da kreiraju hiljade minijaturnih uređaja koje je zatim moguće koristiti za medicinske aplikacije. Ovaj proces ne zahteva korišćenje čistih prostorija, što ga čini lakšim za implementaciju u industrijskom okruženju.

U budućnosti, ovi uređaji mogu biti kombinovani sa naprednim materijalima kao što su optoelektronski materijali ili sa atomima tankih materijala, omogućavajući im da obavljaju još sofisticiranije funkcije. Na primer, integracija sa 1D i 2D nanomaterijalima može omogućiti stvaranje senzora ili krugova koji mogu da detektuju i stimulišu ćelije na još višem nivou, koristeći različite vrste signala (električne, optičke, termalne).

Ovi napredni uređaji mogli bi se koristiti za modulaciju električne aktivnosti neurona, što bi otvorilo nove mogućnosti za lečenje neuroloških bolesti kao što su Parkinsonova bolest, Alchajmerova bolest i druge. Zbog toga što uređaji deluju na nivou pojedinačnih aksona i sinapsi, moguće je pružiti mnogo precizniju terapiju, što je posebno važno za neurološke poremećaje gde je svakodnevno lečenje tradicionalnim metodama često teško.

Ova istraživanja predstavljaju ogroman korak ka razvoju minimalno invazivnih, ali izuzetno preciznih terapija za neurološke bolesti. Iako su ovi uređaji još u fazi istraživanja, oni pružaju nade za budućnost kada je u pitanju obnavljanje funkcije neurona, kao i za razvoj novih tehnologija koje bi mogle transformisati medicinske tretmane. Kako se ova tehnologija bude razvijala, mogli bismo videti novu eru u medicini u kojoj će se biološki i elektronski uređaji simbiotski povezivati, omogućavajući lečenje koje je preciznije, manje invazivno i efikasnije.

(Telegraf Nauka / Neuroscience news)