Σχεδόν 10.600 χιλιόμετρα χωρίζουν το Σικάγο από το Νταετζόν της Νότιας Κορέας. Ωστόσο, η απόσταση δεν στάθηκε εμπόδιο: ερευνητής στις ΗΠΑ κατάφερε να ελέγξει μέσω διαδικτύου ένα μικροσκοπικό εγκεφαλικό εμφύτευμα στη Νότια Κορέα. Η ασύρματη συσκευή, που ανέπτυξαν Κορεάτες επιστήμονες, μπορεί να χορηγεί φάρμακα και να εκπέμπει φως, επιτρέποντας στοχευμένες παρεμβάσεις στη λειτουργία συγκεκριμένων νευρώνων. Πρόκειται για μια τεχνολογία που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο διεξαγωγής μακροχρόνιων πειραμάτων στον εγκέφαλο και, στο μέλλον, να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών συσκευών.
Το σήμα ταξίδεψε μέσω του διαδικτύου σε έναν υπολογιστή στο κορεατικό εργαστήριο, ο οποίος μετέδωσε ασύρματα την εντολή στο εμφύτευμα. Το σύστημα ανταποκρίθηκε σε μέσο χρόνο περίπου 109 χιλιοστών του δευτερολέπτου. Η διηπειρωτική αυτή δοκιμή αποτέλεσε επίδειξη των τεχνικών δυνατοτήτων του συστήματος.
Ο έλεγχος εμφυτευμάτων από μεγάλη απόσταση θα μπορούσε να έχει πρακτικές εφαρμογές στην έρευνα του εγκεφάλου. Όταν οι ερευνητές εισέρχονται σε έναν πειραματικό χώρο ή πλησιάζουν ένα ζώο για να χειριστούν εξοπλισμό, η παρουσία τους μπορεί να επηρεάσει τη συμπεριφορά του. Μια συσκευή που ενεργοποιείται εξ αποστάσεως θα επέτρεπε σε επιστήμονες από διαφορετικές τοποθεσίες να συμμετέχουν στα ίδια πειράματα.
Το σύστημα, που ονομάζεται RAPIDO, αναπτύχθηκε από ερευνητές του KAIST και του Πανεπιστημίου Yonsei και παρουσιάστηκε σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Science Advances».
Ένα μικροσκοπικό εμφύτευμα με δύο λειτουργίες
Αρκετά μικρό ώστε να μπορεί να τοποθετηθεί σε έναν αρουραίο που κινείται ελεύθερα, το RAPIDO μπορεί να εκτελεί δύο διαφορετικές λειτουργίες μέσα στον εγκέφαλο: να χορηγεί μια ουσία μέσω ενός μικροσκοπικού καναλιού και να εκπέμπει φως από μια μικροσκοπική λυχνία LED. Οι ερευνητές μπορούν να ελέγχουν ξεχωριστά τις δύο λειτουργίες και να τις προγραμματίζουν.
Σε αντίθεση με παλαιότερα εμφυτεύματα, το RAPIDO διαθέτει επαναγεμιζόμενο δοχείο και μπορεί να χορηγεί προγραμματισμένες δόσεις ουσιών και φωτεινά ερεθίσματα μέσω διαδικτύου.
«Το εγκεφαλικό μας εμφύτευμα επιτρέπει στους ερευνητές να πραγματοποιούν επαναλαμβανόμενες, μακροχρόνιες και εξ αποστάσεως ελεγχόμενες φαρμακευτικές και οπτικές παρεμβάσεις σε ζώα που κινούνται ελεύθερα, χωρίς να χρειάζεται να τα χειρίζονται επανειλημμένα ή να αντικαθιστούν το εμφύτευμα μέσω πρόσθετης χειρουργικής επέμβασης», δήλωσε στο ScienceAlert ο ηλεκτρολόγος μηχανικός του KAIST και επικεφαλής της μελέτης, Τζάε-Γουνγκ Τζέονγκ.
Τι έδειξαν τα πειράματα σε αρουραίους
Αφού απέδειξε ότι η σύνδεση μπορεί να λειτουργήσει από απόσταση, η ερευνητική ομάδα αξιολόγησε τις δύο λειτουργίες του εμφυτεύματος σε διαφορετικά πειράματα με αρουραίους. Στο πρώτο πείραμα, οι ερευνητές εξέτασαν το σύστημα χορήγησης ουσιών. Το εμφύτευμα χορήγησε διαφορετικές δόσεις κοκαΐνης απευθείας στον επικλινή πυρήνα (nucleusaccumbens), μια περιοχή του εγκεφάλου που έχει σχετιστεί με την απόλαυση, τη συμπεριφορά με κίνητρο την ανταμοιβή, αλλά και τον εθισμό.
Οι διαφορετικές δόσεις προκάλεσαν αντίστοιχες μεταβολές στην κινητικότητα των αρουραίων. Τα ίδια αποτελέσματα παρατηρήθηκαν ξανά δύο, τρεις και τέσσερις εβδομάδες μετά την εμφύτευση. Το πείραμα έδειξε ότι το εμφύτευμα μπορεί να χορηγεί επανειλημμένα ελεγχόμενες δόσεις και να προκαλεί μετρήσιμες αλλαγές στη συμπεριφορά για αρκετές εβδομάδες. Δεν εξέτασε, ωστόσο, τη θεραπεία του εθισμού.
Στο δεύτερο πείραμα, οι ερευνητές εξέτασαν κατά πόσο το φως θα μπορούσε να επηρεάσει τις προτιμήσεις που ανέπτυσσαν οι αρουραίοι. Χρησιμοποίησαν οπτογενετική, μια τεχνική που επιτρέπει σε επιλεγμένα κύτταρα ή κυτταρικές διεργασίες να ανταποκρίνονται στο φως.
Σε αυτό το πείραμα, η κοκαΐνη εγχύθηκε στην κοιλιακή χώρα των αρουραίων και όχι μέσω του εμφυτεύματος, ώστε να απομονωθεί η επίδραση του φωτός και μόνο. Οι αρουραίοι στους οποίους χορηγήθηκε κοκαΐνη χωρίς φως, προτίμησαν αργότερα τον θάλαμο που συσχετιζόταν με το φάρμακο.
Σε μια άλλη ομάδα, το φως από το εμφύτευμα ενεργοποίησε, κατά τη διαδικασία εκμάθησης, το μονοπάτι σηματοδότησης RhoA. Σε αυτή την περίπτωση, οι αρουραίοι δεν ανέπτυξαν την ίδια προτίμηση για τον χώρο που είχε συνδεθεί με την κοκαΐνη.
«Συνολικά, αυτά τα πειράματα καταδεικνύουν την ικανότητα της πλατφόρμας να διερευνά αιτιώδεις συνδέσεις μεταξύ συγκεκριμένων νευρωνικών παρεμβάσεων και της συμπεριφοράς», δήλωσε ο Τζέονγκ.
Δεν πρόκειται για θεραπεία του εθισμού
Τα αποτελέσματα δεν σημαίνουν ότι η συσκευή θεράπευσε τον εθισμό στην κοκαΐνη. Πρόκειται για πειράματα απόδειξης της αρχής σε αρουραίους, και η μείωση μιας επίκτητης προτίμησης για έναν συγκεκριμένο χώρο διαφέρει από τη θεραπεία ενός εδραιωμένου εθισμού.
«Η μεγαλύτερη πρόκληση είναι να αποδειχθεί η μακροχρόνια ασφάλεια και αξιοπιστία στον ανθρώπινο εγκέφαλο», σημείωσε ο ερευνητής.
Η συσκευή θα χρειαστεί να υποβληθεί σε περαιτέρω δοκιμές, προκειμένου να αξιολογηθούν η βιοσυμβατότητα, η ασφαλής συσκευασία και χορήγηση φαρμάκων, καθώς και οι μηχανισμοί ασφαλούς διακοπής της λειτουργίας της. Επιπλέον πρόκληση αποτελεί η οπτογενετική, καθώς προϋποθέτει την ασφαλή χορήγηση γονιδίων που καθιστούν τα κύτταρα ευαίσθητα στο φως.
«Ως εκ τούτου, σε αυτό το στάδιο το εγκεφαλικό εμφύτευμα θα πρέπει να θεωρείται κυρίως ερευνητική πλατφόρμα που θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη και αξιολόγηση μελλοντικών θεραπευτικών στρατηγικών και όχι ως κλινική συσκευή», σημείωσε ο επιστήμονας.
Πηγή: Science Alert
Κάνε like στη σελίδα μας στο Facebook
Ακολούθησε μας στο Twitter
Κάνε εγγραφή στο κανάλι μας στο Youtube
Γίνε μέλος στο κανάλι μας στο Viber
– Αναφέρεται ως πηγή το ertnews.gr στο σημείο όπου γίνεται η αναφορά.
– Στο τέλος του άρθρου ως Πηγή
– Σε ένα από τα δύο σημεία να υπάρχει ενεργός σύνδεσμος