Nové drobné implantované čerpadlá môžu vstrekovať lieky priamo do mozgu

Vedci z Massachusetts Institute of Technology vyvinuli radikálny nový spôsob liečby neurodegeneratívnych porúch, ako je Parkinsonova choroba, a znie to dosť bláznivé sci-fi. Ich postup zahŕňa implantáciu tenkej sondy pripojenej k malej pumpe do mozgu pacienta, ktorý dodáva presne merané a cielené lieky do špecifických oblastí mozgu. Zatiaľ čo táto pumpa na implantáciu mozgu je ďaleko od toho, aby bola inštalovaná u ľudských pacientov, v počiatočnej štúdii na laboratórnych zvieratách sa ukázala ako sľubná, liečba symptómov podobných Parkinsonovej chorobe u laboratórnych potkanov a opíc.

Výskumní pracovníci MIT zverejnili svoje zistenia v novembri v novinách Vedecká translačná medicína, Hlavnou myšlienkou ich zariadenia, nazývaného „miniaturizovaný systém dodávania neurálnych liečiv“ (MiNDS), je, že dokáže presne liečiť špecifické klastre neurónov bez vedľajších účinkov. To zlepšuje predchádzajúce metódy, ktoré zavádzajú drogy do mozgovomiechového moku, čo môže tiež spôsobiť off-target účinky.

Ľudia, ktorí žijú s neurodegeneratívnymi stavmi, ako je Parkinsonova choroba, čelia zdanlivo nemožným alternatívam: môžu buď nechať chorobu napredovať, ako sa symptómy ako triaška a strata rovnováhy zhoršujú, alebo môžu užívať lieky, ktoré majú neúmyselné účinky mimo cieľa. V súčasnosti je jednou z najbežnejších terapií Parkinsonovej choroby kombinácia liekov karbidopa a levodopa (zvyčajne pod obchodným názvom Sinemet), ktoré môžu zmierniť symptómy, ale tiež vytvárajú niektoré dlhodobé vedľajšie účinky, ktoré zhoršujú dobrovoľný svalový pohyb pacientov.

Jedna z hlavných výhod mozgových implantátov, ktorú autori štúdie píšu, je, že umožňuje lekárom zamerať sa na vysoko špecifické funkčné oblasti mozgu tak malé, ako je jeden kubický milimeter - o výške a dĺžke jedného listu na americký cent. Nielen to, ale môžu skutočne merať aktivitu neurónov v oblasti, ktorá sa má liečiť, čo im umožňuje sledovať účinky lieku a meniť dodávanie lieku v reálnom čase.

Potvrdili svoju koncepciu u opíc makakov rhesus a potkanov, najprv vyvolaním parkinsonovského stavu - jedného, ​​kde sú neuróny uvoľňujúce dopamín mŕtve alebo invalidné - u oboch zvierat. Potom liečili stav opíc injektovaním umelej cerebrospinálnej tekutiny do zariadenia MiNDS. Počas experimentov vedci sledovali mozgovú aktivitu zvierat pomocou wolfrámovej sondy v zariadení, čo ukázalo, že implantát MiNDS mohol excitovať a inhibovať špecifické neuróny.

„Ukazujeme, že MiNDS môže chemicky modulovať lokálnu neuronálnu aktivitu a súvisiace správanie na zvieracích modeloch, pričom súčasne zaznamenáva aktivitu neuronálnych elektroencefalogramov (EEG),“ píšu autori.

Myšlienka, že človek by mohol dostať mozgový implantát namiesto toho, aby užíval tabletky trikrát denne po zvyšok svojho života, znie skvelo, ale tento radikálny liečebný protokol prináša aj niekoľko významných problémov. Najzrejmejším je, že implantácia zariadenia na dodávanie lieku do hlbokého mozgu je invazívna ako sakra. To nie je jednoduchý postup, ako dostať tetovanie alebo piercing; navrhované zariadenie preniká hlboko do mozgového tkaniva, čo vyvoláva obavy z komplikácií, ktoré by mohli vzniknúť v dôsledku niečoho tak zložitého, ako je porucha zariadenia alebo niečo také jednoduché ako narážanie do hlavy.

Okrem toho umiestnenie cudzieho predmetu do mozgového tkaniva môže spôsobiť zapálenie okolitého tkaniva a potenciálne odumretie. Výskumníci pracovali na tomto probléme použitím nerezovej ocele a borosilikátu (skla) ako hlavných materiálov pre sondu, ktoré podľa nich spôsobili minimálne poškodenie okolitého tkaniva u testovaných zvierat po ôsmich týždňoch implantácie.

Najdôležitejšie je, že chemicky indukované symptómy podobné Parkinsonovej chorobe u myší a opíc sú celkom odlišné od tých, ktoré majú skutočnú Parkinsonovu chorobu u ľudí. Predtým, ako by zariadenie MiNDS mohlo byť pripravené pre ľudí, musia výskumníci preukázať svoju účinnosť proti Parkinsonovej chorobe.

Pre túto chvíľu je to však fascinujúci vývoj v rýchlo sa rozvíjajúcej oblasti medicíny mozgu.

abstrakt: Nedávne pokroky v liekoch na neurodegeneratívne poruchy rozširujú možnosti na zlepšenie oslabujúcich symptómov, ktoré trpia pacienti. Existujúca farmakologická liečba sa však často spolieha na systémové podávanie liekov, čo vedie k širokej distribúcii liečiva a následnému zvýšenému riziku toxicity. Vzhľadom na to, že mnohé kľúčové nervové obvody majú objemy sub-kubických milimetrov a vlastnosti špecifické pre bunky, je nevyhnutné podávanie malých objemov liekov do postihnutých oblastí mozgu s minimálnou difúziou a presakovaním. Uvádzame vývoj implantovateľného, ​​diaľkovo ovládateľného, ​​miniaturizovaného systému na dodávanie neurálneho liečiva, ktorý umožňuje dynamickú úpravu terapie s presnou priestorovou presnosťou. Preukázali sme, že toto zariadenie môže chemicky modulovať lokálnu neuronálnu aktivitu v malých (hlodavčích) a veľkých (neľudských primátnych) zvieracích modeloch, pričom súčasne umožňuje zaznamenávanie neurálnej aktivity, aby sa umožnila spätná kontrola.