Nowy wynalazek. Mikroroboty będą leczyć stwardnienie rozsiane

Mikroroboty w medycynie. Wspierają funkcje neuronów

To innowacyjne podejście z wykorzystaniem mikrorobotów w medycynie może przywrócić prawidłowe funkcjonowanie neuronów. Zaprojektowane przez naukowców z MIT mikroroboty pełnią rolę sztucznej osłony mielinowej, warstwy tłuszczowej otaczającej włókna nerwowe. Dzięki temu impulsy nerwowe przepływają między neuronami szybciej i sprawniej, co stanowi klucz do efektywnego działania układu nerwowego.

Miękki polimer, z którego wykonano urządzenia, po wprowadzeniu do organizmu delikatnie owija się wokół aksonów i dendrytów, nie uszkadzając komórek. Uruchamiane za pomocą światła, mogą być używane do pomiaru lub modulowania aktywności elektrycznej i metabolicznej neuronów.

Sztuczna osłona mielinowa mogłaby pomóc w przywróceniu prawidłowego funkcjonowania neuronów. Urządzenia te działają, owijając się wokół aksonów, które przekazują impulsy elektryczne między neuronami i innymi częściami ciała, co ma szczególne znaczenie w chorobach takich jak stwardnienie rozsiane. W przyszłości mogą one zostać połączone z innymi materiałami, tworząc mikroskopijne obwody do monitorowania i modulacji aktywności poszczególnych komórek.

„Koncepcja i technologia platformy, którą tutaj przedstawiamy, jest fundamentem dającym ogromne możliwości dla przyszłych badań,” – mówi Deblina Sarkar, profesor w MIT Media Lab i Center for Neurobiological Engineering.

Polecamy: Według badaczy z Yale ten składnik nam szkodzi. Może wywoływać stwardnienie rozsiane

Implanty bioelektroniczne – wyzwania i nowe rozwiązania

Złożone kształty komórek mózgowych stanowiły duże wyzwanie przy tworzeniu bioelektronicznych implantów, które mogłyby ściśle przylegać do neuronów i ich wypustek. Aksony, czyli cienkie, wydłużone struktury przypominające ogon, łączą się z ciałem komórkowym neuronów i wykazują znaczne różnice w długości oraz krzywiźnie. Inne organelle komórkowe są delikatne, więc urządzenie łączące się z nimi musi być wystarczająco miękkie.

Aby sprostać tym wyzwaniom, naukowcy z MIT opracowali urządzenia z miękkiego polimeru azobenzenu, który nie uszkadza otaczanych komórek. Materiał ten wykazuje nietypowe właściwości: pod wpływem światła zwija się, co pozwala mu owijać się wokół komórek. Naukowcy mogą precyzyjnie kontrolować kierunek i średnicę zwijania, zmieniając intensywność i polaryzację światła.

Cienkie warstwy tego materiału tworzą mikrorurki o średnicy poniżej mikrometra, co umożliwia delikatne i precyzyjne owijanie się wokół zakrzywionych struktur, takich jak aksony i dendryty. „Możliwe jest bardzo precyzyjne kontrolowanie średnicy zwijania. Proces ten można zatrzymać po osiągnięciu określonego wymiaru, odpowiednio dostosowując energię światła,” – wyjaśnia Sarkar.

W poszukiwaniu skalowalnego procesu produkcji naukowcy eksperymentowali z różnymi technikami, dążąc do metody, która nie wymagałaby zaawansowanego półprzewodnikowego pomieszczenia czystego.

Polecamy: HOLISTIC NEWS: Zmyślone badania, fałszywe wyniki. Nauka padła ofiarą oszustów #OBSERWACJE

Testy i zastosowania mikrorobotów w medycynie

Po udoskonaleniu sposobu kontrolowania zwijania przy użyciu światła, urządzenia przetestowano na neuronach szczurów. Okazało się, że mogą one ściśle owijać się wokół nawet bardzo zakrzywionych aksonów i dendrytów, nie powodując przy tym uszkodzeń.

„Aby uzyskać dokładny interfejs z komórkami, urządzenia muszą być miękkie i zdolne do dopasowania się do złożonych struktur komórkowych. To wyzwanie udało nam się rozwiązać w tej pracy. Jako pierwsi pokazaliśmy, że azobenzen może nawet owijać się wokół żywych komórek” – mówi Sarkar.

Jednym z głównych wyzwań, z jakimi zmierzyli się konstruktorzy, było opracowanie procesu produkcyjnego możliwego do skalowania. Dodatkowo pracowali nad znalezieniem optymalnej grubości urządzeń, ponieważ zbyt grube struktury pękają podczas walcowania.

Azobenzen, będący izolatorem, pozwala stosować te urządzenia jako syntetyczną mielinę dla uszkodzonych aksonów. Utrata naturalnych osłon mielinowych przez neurony jest jedną z przyczyn chorób takich jak stwardnienie rozsiane, a organizm nie potrafi ich regenerować.

Urządzenia opracowane przez naukowców z MIT mogą pomóc w przywróceniu funkcji neuronów u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym.

Polecamy: Naukowcy już wiedzą, dlaczego w Europie jest tak wysoki wskaźnik zachorowań na chorobę Alzheimera