„Electrozii vii” creați cu ajutorul celulelor nervoase, modificate genetic pentru a reacționa la impulsuri luminoase, au fost implantați cu succes în creierul unor șoareci. Scopul acestui experiment este crearea unei conexiuni mai bune și mai durabile, între creier și sistemele digitale, față de utilizarea electrozilor convenționali.
„Acest lucru face posibilă comunicarea mai eficientă a sistemelor digitale cu sistemul nervos deoarece, până în prezent, puteam obține doar anumite impulsuri electrice. Când acești neuroni implantați sunt activați, zona creierului este stimulată de un mecanism sinaptic natural”, a declarat Kacy Cullen din cadrul Universității din Pennsylvania.
Electrozii implantați în creier au fost folosiți încă din anii 1950, pentru aproape orice afecțiuni, de la tratarea bolii Parkinson la ajutarea persoanelor paralizate, să se miște și chiar să aibă simț tactil. „Au existat rezultate fantastice”, a adăugat Cullen.
Totuși, există unele probleme în ceea ce privește electrozii convenționali. Implantarea unui obiect străin în creier provoacă un răspuns imun care poate provoca cicatrici, ceea ce face ca performanța electrodului să se degradeze. De asemenea, electrozii afectează toți neuronii adiacenți, nu doar cei țintă, ceea ce poate conduce la efecte nedorite.
Abordarea lui Cullen se bazează în schimb pe optogenetică: modificarea genetică a neuronilor, astfel încât aceștia să răspundă la semnalele luminoase. Procedura constă în plasarea unei culturi de aproximativ 10.000 de celule în zona superioară a unui cilindru cu gel dizolvabil, care are o grosime de doar două ori diametrul unui fir de păr uman.
Atunci când cilindrii cu lungimea de 1,5 milimetri, care conțineau neuroni modificați, au fost implantați în cortexul vizual al șoarecilor, multe dintre celulele implantate au supraviețuit, iar axonii acestora au crescut în cortex și au făcut conexiuni cu celulele din vecinătatea lor. „Singura problemă pe care am putea să spunem că am avut-o , a fost aceea că s-au creat mult mai multe conexiuni decât ne-am așteptat”, a declarat Cullen.
Acum, următoarea provocare este reprezentată de consolidarea conexiunilor dorite și distrugerea celor nedorite, astfel încât implanturile să poată crea efecte dorite, precum prevenirea convulsiilor epileptice.
Neuronii implantați pot fi de mai multe tipuri. Unii neuroni activează celulele la care se conectează, iar alții diminuează activitatea. De asemenea, există și neuroni care pot îndeplini ambele funcții. Prin modificarea celulelor astfel încât acestea să fie sensibile la fluorescență, implanturile ar trebui să poată monitoriza activitatea creierului, precum să o și controleze.
În cazul tratării pacienților, Cullen are în vedere generarea de neuroni din celulele potrivite, stocate în băncile de celule stem, pentru a evita respingerea imunitară. „Ar fi foarte costisitor procesul de generare a neuronilor cu ajutorul celulelor fiecărui individ”, a adăugat Cullen.
Pentru a controla neuronii, pe suprafața creierului ar fi necesară implantarea unei matrice de LED-uri, chiar deasupra capătului superior al nervilor implantați. „Fiind pe suprafața creierului, nu ne așteptăm ca aceștia să provoace aceeași reacție imună ca și electrozii convenționali”, a declarat Cullen.
Anthony Hannan, din cadrul Universității din Melbourne, a declarat faptul că este posibil ca „electrozii vii” să fie mai eficienți decât cei convenționali în cazul unor aplicații. „Cu toate acestea, cercetătorii nu au încă dovezi clare cu privire la eficiența acestora față de cei convenționali”, a declarat Hannan.
De asemenea, utilizarea electrozilor vii aduce un set complet nou de provocări, cum ar fi prevenirea infecțiilor și obținerea de rezultate consistente, a adăugat Hannan.
Cullen a înființat o companie numită Innervace pentru a ajuta la comercializarea tehnologiei. Cu toate acestea, el subliniază că lucrarea este încă într-un stadiu incipient. „Este încă la un nivel destul de mic și la câțiva ani distanță de aplicațiile clinice.”