Nowatorski bezprzewodowy wyrób do implantacji na potrzeby leczenia choroby Parkinsona
Choroba Parkinsona to postępująca choroba neurodegeneracyjna, na którą obecnie brak jest lekarstwa. Wpływa na wszystkie aspekty życia codziennego, w szczególności poprzez wyniszczające objawy ruchowe, takie jak drżenia i niestabilność. W samej Unii Europejskiej na chorobę Parkinsona cierpi około 1,2 mln osób, a liczba ta ma ulec do 2030 roku podwojeniu. „Choroba Parkinsona spowodowana jest degeneracją neuronów dopaminowych, które silnie unerwiają zwoje podstawne, zespół regionów mózgu, które kontrolują ruchy”, wyjaśnia Farshad Moradi, profesor na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Uniwersytetu w Aarhus. W ramach finansowanego ze środków UE projektu STARDUST zespół Moradiego opracował nowe rozwiązanie mające na celu przywrócenie czynności ruchowej u pacjentów z chorobą Parkinsona. Zespół projektu STARDUST opracował nowy wyrób do implantacji o nazwie Dust, który umożliwia dostarczanie leków przeciwko chorobie Parkinsona w modelu mysim. Wyrób opiera się na optogenetyce, czyli procesie wykorzystującym światło do aktywacji specyficznych białek w mózgu. „Proponujemy wykorzystanie neuromodulacji optogenetycznej do normalizacji czynności ruchowej gałki bladej bocznej, jądra w zwojach podstawnych, którego aktywność u osób chorych na Parkinsona ulega zmianie”, mówi Moradi. „Aby dotrzeć do tego obszaru mózgu, zaproponowaliśmy zastosowanie w pełni wszczepialnego wyrobu do dostarczania światła o pożądanej długości fali ukierunkowanego na te konkretne obwody neuronalne”, dodaje Moradi. „Wyrób umożliwia przeprowadzanie eksperymentów optogenetycznych u swobodnie poruszającego się zwierzęcia, w ramach których rejestruje dane, przekazuje je bezprzewodowo i dostarcza leki do konkretnego miejsca”.
Próby na myszach z wykorzystaniem białek reagujących na światło
Aby ocenić skuteczność wyrobu w wywoływaniu reakcji lokomotorycznych, zespół przeprowadził serię prób. Najpierw wszczepiono myszom doświadczalnym „atrapy” wyrobów, aby znaleźć najlepszy sposób zainstalowania ich wraz z przetwornikiem. Następnie, na 8–10 tygodni przed przeszczepieniem prototypowych wyrobów, do kory ruchowej myszy podano rodopsynę kanałową, białko reagujące na światło. Wyroby te były aktywowane podczas prób, ale nie powodowały u myszy żadnych reakcji behawioralnych. Mogło to wynikać z wielu powodów, w tym z niewystarczającej intensywności światła do aktywacji neuronów in vivo lub rozstrojenia się przetwornika i wyrobu po implantacji. „Niestety integracja komponentów poniekąd się nie udała, co znacząco wpłynęło na badania in vivo”, mówi.
Obiecujące wyniki wstępne
Niemniej jednak projekt STARDUST zaowocował kilkoma obiecującymi osiągnięciami. Zespół opracował zestaw molekularnych narzędzi optogenetycznych do zastosowania pobudzającego lub hamującego oraz zoptymalizował działanie rodopsyny kanałowej w modelu mysim. „Poprzez fotoaktywację neuronów gałki bladej bocznej moglibyśmy złagodzić szeroki zakres nieprawidłowych zachowań ruchowych przypominających objawy Parkinsona u pacjentów”, wyjaśnia Moradi. „Wyniki te podkreślają znaczenie gałki bladej bocznej w patofizjologii choroby”. Naukowcy opracowali również oparty na polimerach system dostarczania leków wyzwalany światłem, który aktywuje się pod wpływem światła UV i dezaktywuje w świetle zielonym.
Przyszły rozwój wyrobu
Po zakończeniu projektu naukowcy będą kontynuować badania w innych kierunkach. „Jednym z kierunków jest dalsza praca nad rozwojem wyrobu poprzez takie inicjatywy jak »Transformacja« EIC”, mówi Moradi. „Kolejnym jest dalsza praca nad częścią neurobiologiczną badania, dotarcie do różnych regionów mózgu. Pomoże nam to odpowiedzieć na pytania z dziedziny neuronauki, wykorzystując w tym celu technologię wspomagającą, ukierunkowaną na regiony, które są nieosiągalne za pomocą standardowych lub istniejących wyrobów”.
Słowa kluczowe
STARDUST, myszy, optogenetyka, Parkinsona, choroba, światło, czuły, białka