Tým výzkumníků z institutu Skoltech (součást skupiny VEB.RF) společně s kolegy z Ústavu cytologie a genetiky SB RAS a dalších ruských lékařských pracovišť dokázal bezdrátově upravit dýchání a srdeční rytmus myši. Klíčem byla stimulace bloudivého nervu (nervus vagus), kterou zajistily netoxické magnetické mikročástice fungující jako miniaturní elektrody přímo v nervové tkáni. Podle autorů jde o první pokus na zvířecím modelu, který ukazuje, že netoxické magnetické mikročástice dokážou modulovat tyto mimovolní procesy. Studie vyšla v odborném časopise Advanced Functional Materials.
- Mikročástice bezdrátově stimulovaly bloudivý nerv myši a ovlivnily její dech i tep.
- Po překročení aktivačního prahu vědci pozorovali zrychlené dýchání a zpomalený srdeční rytmus.
- Nové částice neobsahují toxické kovy jako dřívější obdoby využívající kobalt nebo nikl.
Metoda se nabízí jako šetrnější alternativa k chirurgicky implantovaným mozkovým elektrodám. Ty se dnes používají jako krajní řešení u těžkých, na léčbu nereagujících případů – a právě jejich invazivnost je hlavní motivací celého výzkumu.
Elektrická stimulace mozku pomáhá, ale za cenu kovu v hlavě
Stimulace pomocí operativně voperovaných elektrod se už dnes využívá při léčbě Parkinsonovy nemoci, esenciálního třesu, farmakorezistentní epilepsie a obsedantně-kompulzivní poruchy. Aktivně se zkoumá také u Alzheimerovy choroby a jiných demencí, Tourettova syndromu, léčbou obtížně ovlivnitelných depresí, závislostí, chronické bolesti nebo cluster headache. Obvykle přichází na řadu tehdy, když léky a další konvenční postupy selžou a onemocnění je závažné.
Právě rozpor mezi přínosem a invazivitou popisuje spoluautor studie profesor Gleb Suchorukov, který na Skoltechu vede Centrum bio- a medicínských technologií. „Navzdory zjevným výhodám, když jednu z těch elektrod držíte v ruce – nebo ještě lépe, když se podíváte na sken mozku pacienta s pěticentimetrovým kusem kovu v mozku – nemůžete si nepoložit otázku, jestli neexistuje méně invazivní alternativa,“ uvádí.
„Pracujeme na tom, abychom elektrody nahradili biokompatibilními mikročásticemi o velikosti jednotlivých neuronů, které by šlo aplikovat injekčně,“ říká Suchorukov.
Podle něj by zmenšení částic zhruba desetinásobně otevřelo cestu i k podání nosní sliznicí, tedy k ještě menšímu zásahu než injekce do mozku.
Jak částice fungují a proč je zásadní jejich netoxicita
Samotný princip magnetických mikročástic není nový. Zásadní výhodou nového návrhu je ale biokompatibilita: zatímco dřívější obdoby obsahovaly toxický kobalt nebo nikl, nové částice jsou toxických materiálů zbavené.
Kompozitní částice ve tvaru hokejového puku jsou vyrobené z polymeru zvaného kyselina polymléčná (PLA), do níž jsou zapuštěné drobné tyčinky oxidu železa. Přestože má v názvu slovo „kyselina“, jde o pevný, rozložitelný materiál připomínající mléčně bílý plast.
Částice vznikají tak, že se magnetické nanotyčinky přidají do roztoku PLA a nalijí do miniaturních jamek o průměru odpovídajícím požadované velikosti částice. Materiál pak tuhne v magnetickém poli, které srovná všechny kovové tyčinky do jednoho směru jako miniaturní střelky kompasu – toto uspořádání je pro fungování klíčové.
Když se magnetická částice a jednotlivý neuron (obě mají stejnou velikost) dostanou do kontaktu, aktivace částice proměnným magnetickým polem buňku podráždí. Pole totiž nutí kovové tyčinky tlačit na polymer, a protože PLA je piezoelektrický materiál, při mechanickém namáhání generuje elektřinu. Právě tyto elektrické pulzy v pokusu ovlivnily dech a tep myši.
Další kroky míří k modelování konkrétních poruch
V experimentu vědci částice chirurgicky přiložili k bloudivému nervu myši, který řídí srdeční rytmus, dýchání, trávení a další mimovolní funkce. V budoucích medicínských aplikacích se ale počítá s méně invazivními postupy, jako jsou injekce a podání nosní sliznicí.
„Stejný přístup lze využít i pro dálkovou aktivaci nervových drah obecně. Ještě letos plánujeme začít modelovat konkrétní poruchy a poranění u myší. Mezi ně bude patřit i otřes mozku,“ dodává Suchorukov.
Pro čtenáře je podstatné, že jde zatím o základní výzkum na zvířatech, nikoli o hotovou léčbu. Ukazuje ovšem směr, kterým by se neurostimulace mohla vydat – od kovových implantátů k šetrnějším, injekčně podávaným řešením.
Vidíte v injekčně podávaných mikročásticích reálnou budoucnost léčby neurologických onemocnění, nebo je cesta od pokusů na myších k pacientům ještě příliš dlouhá? Napište nám svůj názor.
