Инжекция вместо операция: Масачузетският технологичен институт показа самостоятелно вживяващи се неврочипове

Микрочиповете, които могат да се поставят във вената с обикновена инжекция и сами да намерят целевата област на мозъка, вече не са научна фантастика. Екип от Масачузетския технологичен институт съобщи за създаването на миниатюрни безжични биоелектронни импланти, които след интравенозно инжектиране могат да преминат през ненарушената кръвно-мозъчна бариера, да се закрепят за мозъка в областта на възпалението и да осигурят локална електрическа стимулация с точност до няколко микрометра. Масачузетският технологичен институт (MIT) нарича този подход „циркулатроника“ и очаква да доведе технологията до клинични изпитания в рамките на три години. След шест-седем години тя може да се превърне в обичайна клинична практика.

Разработката се основава на хибрид от живи клетки и ултраминиатюрна електроника. В сайта MIT.nano изследователите изработват многослойни устройства на базата на органични полупроводници, по-малки от прашинка, и след това ги „закрепват“ ковалентно към моноцитите – имунните кръвни клетки, които естествено мигрират към огнищата на възпаление. Подобен „транспорт“ решава едновременно два проблема: маскира електрониката от имунната система и я доставя в желаната област на мозъка без катетри и хирургическа намеса. При експерименти върху мишки имплантите преминават бариерата и се самофиксират в дадена област, където след това получават енергия без контакт – благодарение на високоефективното преобразуване на близката инфрачервена енергия.

„Докато класическите мозъчни импланти са свързани с рисковани и скъпи операции, циркулатрониката прави терапевтичните импланти потенциално достъпни за всички, като премахва необходимостта от операция“, заявява ръководителят на проекта Деблина Саркар, професор в медийната лаборатория на MIT. Устройствата не травмират околните неврони и създават множество свръхпрецизни стимулиращи „точки“, които съответстват на формата на целевата област, казва още тя. Миниатюрният им мащаб и биосъвместимостта им позволяват на устройствата буквално да се „вплетат“ в тъканта, без да нарушават невронните вериги.

От практическа гледна точка иновацията е насочена към областта на медицината, която понастоящем е доминирана от дълбоката мозъчна стимулация (DBS). Този метод е доказано ефективен при болестта на Паркинсон, есенциалния тремор и редица други състояния, но изисква трепанация, поставяне на електроди и генератор на импулси под кожата. Рисковете от инфекции и кръвоизливи са съчетани с високи разходи: общите разходи през първите няколко години след имплантирането често надхвърлят 100 000 долара, което включва не само самата операция, но и последващите ревизии.

Инжекционната имплантация без операция изглежда като революционна промяна в това сравнение: теоретично тя понижава прага за достъп до невромодулация и открива възможност за амбулаторен избор на режими на стимулация.

Засега екипът на Масачузетския технологичен институт се е насочил към областите на мозъка, където възпалението подпомага патологичния процес – от глиалните реакции при невродегенерация до имунните каскади при множествена склероза. Моноцитите, „натоварени“ с електроника, действат като биологични куриери, а външното инфрачервено излъчване, преминаващо през тъканта, захранва устройствата за локална стимулация без кабели или батерии. Този набор от свойства е особено привлекателен, когато хирургичният достъп е ограничен или безсмислен – например при дифузни тумори на мозъчния ствол или малки огнища, неразличими чрез стандартните методи за визуализация.

Научната логика зад избраната стратегия се основава на добре описани механизми. Моноцитите са в състояние да преминават през интактната кръвно-мозъчна бариера и да се натрупват във възпалените зони; електро- и оптоактивните наноструктури се разглеждат от няколко години като инструмент за контролирана невромодулация. Особеното в работата на MIT е, че е успяла да събере всички елементи в едно работещо in vivo устройство: биологичен „автопилот“, имунна маскировка, свръхмалък мащаб и ефективно безжично захранване.

Следващата стъпка е да се провери безопасността и възможността за контрол. Всяка електроника в централната нервна система неизбежно преминава през изпитанието на времето: как ще се държат материалите в тъканта, възможна ли е миграция, колко възпроизводимо е „изключването“ и финото дозиране на стимулацията. Регулаторните органи са все по-строги в оценката си на дългосрочната биосъвместимост и рисковете от имунен отговор. Авторите очакват, че субмикронният мащаб и „биологичният камуфлаж“ ще облекчат някои от опасенията, но само многоетапните клинични изпитвания ще дадат окончателни отговори.

Ако пътят до пациента се окаже успешен, последиците от новата технология ще се разпространят далеч отвъд неврологията.

Инжекционното доставяне на самоимплантируеми устройства открива възможността за целенасочено модифициране на дейността на периферни нерви, ганглии и органи, където „класическата“ хирургия е твърде скъпа или травматична.

„Това е платформена технология за лечение на множество мозъчни и психични разстройства, а потенциално и на други телесни системи“,

обобщава Саркар.