Mózg jest najbardziej złożonym i słabo zbadanym organem. Najmniejsze jego naruszenie może wyłączyć całą osobę, wyłączyć świadomość. Czy można stworzyć „protezę” dla uszkodzonego mózgu? Współczesna medycyna nie jest jeszcze zdolna do takiego zadania, ale naukowcy już próbują coś zrobić w tym kierunku.
Sztuczna pamięć
Część mózgu zwana hipokampem kontroluje nasze wspomnienia. Jeśli jest uszkodzony, osoba nie jest w stanie zapamiętać informacji przez długi czas. Hipokampowi zagrażają nie tylko urazy, ale także różne zaburzenia neurologiczne, np. Epilepsja, depresja, choroba Alzheimera.
Od 2012 roku grupa amerykańskich naukowców pod kierownictwem Theodore'a Bergera opracowuje urządzenie, które zastępuje uszkodzoną część hipokampu. Jest to chip z dwoma zestawami elektrod, który rejestruje pamięć krótkotrwałą. Za pomocą pierwszego zestawu elektrod impulsy elektryczne z hipokampu są wysyłane do chipa, a stamtąd do komputera. Przekształca dane w długotrwałe wspomnienia i przesyła je do drugiego zestawu elektrod, wszczepionych w zdrową część hipokampu.
Sztuczny hipokamp testowano na szczurach. Zwierzętom wstrzyknięto substancję zakłócającą pamięć długotrwałą, następnie podłączono chip i przetestowano ich zdolność zapamiętywania informacji. Udowodniono, że implanty są skuteczne. Według grupy Bergera podobne eksperymenty przeprowadzono na małpach, a nawet na pacjentach z padaczką. Oczywiście w ludzkim mózgu jest zbyt wiele neuronów i połączeń między nimi, więc jest zbyt wcześnie, aby mówić o leczeniu ludzi. Niemniej naukowcy zamierzają wprowadzić implant na rynek, dla którego stworzyli startup Kernel, na czele którego stanął Berger.
Klatka ratunkowa
Film promocyjny:
Z powodu urazów i chorób połączenia w sieciach neuronowych są przerywane, a funkcje, które pełnią uszkodzone części mózgu, są tracone. W niektórych przypadkach organizm jest w stanie samodzielnie przywrócić połączenia między neuronami, potrzebuje jedynie szkieletu, na którym będą rosły nowe tkanki.
Naturalnym rusztowaniem dla wzrostu tkanek w organizmie jest macierz zewnątrzkomórkowa. Działa również jako bariera między komórkami a krwią, przechowuje biologicznie aktywne cząsteczki wytwarzane przez zawarte w niej komórki, zapewnia dopływ składników odżywczych i tlenu do komórek oraz usuwa produkty przemiany materii. Awaria w funkcjonowaniu macierzy zewnątrzkomórkowej prowadzi do chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona, oraz różnych form demencji. Nowe ramy mogą złagodzić stan pacjenta, a nawet go wyleczyć.
Lekarze z Pierwszego Moskiewskiego Państwowego Uniwersytetu Medycznego im. IM Sechenova i Narodowego Centrum Badań Medycznych dla Zdrowia Dziecka wraz z fizykami z Instytutu Technologii Fotonicznych Federalnego Centrum Badawczego „Krystalografia i Fotonika” postanowili stworzyć protezę dla macierzy zewnątrzkomórkowej mózgu. Projekt był wspierany przez Rosyjską Fundację Nauki.
„Nasz cykl badawczy poświęcony jest opracowywaniu trójwymiarowych materiałów sztucznych, analogów macierzy zewnątrzkomórkowej wykonanych z polimerów. Powtarzają mechaniczne właściwości mózgu, wspomagają wzrost i podział komórek. Stworzone struktury będą mogły imitować utraconą macierz międzykomórkową tkanki nerwowej i przyczynić się do jej odbudowy”- mówi Petr Timashev, główny badacz w Instytucie Technologii Fotonicznych, dyrektor Instytutu Medycyny Regeneracyjnej Pierwszego Moskiewskiego Państwowego Uniwersytetu Medycznego im. I. M. Sechenova, laureata Moskiewskiej Nagrody Rządowej.
Przeszczep przechodzi już badania kliniczne na zwierzętach laboratoryjnych. Naukowcy pobrali tkankę mózgową myszy i przeszczepili ją na matrycę polimerową naśladującą macierz zewnątrzkomórkową. Kiedy tkanki wyrosły na macierzy, naukowcy byli przekonani, że neurony wymieniają impulsy elektrochemiczne. Oznacza to, że neuroprzekaźniki w tkankach - substancje przekazujące impulsy elektrochemiczne między neuronami - z powodzeniem pełnią swoją funkcję.
Tak wyglądają komórki mysiego hipokampu przeszczepione na matrycę polimerową 10 dnia rozwoju / Instytut Medycyny Regeneracyjnej Pierwszego Moskiewskiego Państwowego Uniwersytetu Medycznego im. IM. Sechenova, Instytut Technologii Fotonicznych, Centrum Badawcze Krystalografii i Fotoniki, Rosyjska Akademia Nauk, Petr Timashev.
Teraz autorzy opracowania zamierzają ocenić, w jaki sposób „proteza” jest wchłaniana w żywym organizmie, gdy tkanki urosną i odbudują się. Ponadto biolodzy będą musieli zbadać reakcję otaczających tkanek na wszczepialne struktury i zapobiec odrzuceniu macierzy.
Sztuczna macierz zewnątrzkomórkowa jest przydatna nie tylko dla mózgu, ale także do przywracania integralności tkanek układu mięśniowo-szkieletowego, wyściółki nabłonkowej, np. Cewki moczowej, przewodu pokarmowego, a także zmian skórnych. Do chirurgii rekonstrukcyjnej naukowcy opracowują analogi tkanki kostnej, protezy naczyniowe, płytki oparte na macierzy zewnątrzkomórkowej.
