Хората, живеещи с мозъчно заболяване, често трябва да разчитат на медикаменти — които не действат на всички — а в някои случаи и на хирургична операция. Понастоящем изследователи, финансирани от ЕС, проучват дали нанотехнологиите биха могли един ден да предложат по-безопасна и по-малко инвазивна алтернатива.
от Михаела Несварова
Вече десетилетия наред лечението на тежки мозъчни заболявания често изисква да се направи труден компромис. Симптомите могат бъдат облекчени, но обикновено с цената на хирургична операция и имплантиране на електроди, които остават в тялото за цял живот.
„Да имате проводници в тялото си не е най-доброто — казва специалистът по неврологични изследвания Мави Санчес-Вивес (Mavi Sanchez-Vives), която ръководи групата по системна невронаука в изследователския институт IDIBAPS в Барселона, Испания, — но за много пациенти това е единствената възможност“.
Сега тази парадигма може би започва да се променя. Санчес-Вивес ръководи финансирана от ЕС тригодишна изследователска инициатива, наречена META-BRAIN, която продължава до декември 2026 г. Екипът проучва нови начини за взаимодействие с мозъка чрез комбиниране на нанотехнологии, ултразвук и усъвършенстван мониторинг на мозъка.
Чрез обединените усилия на учени и клинични специалисти от водещи изследователски институции в Европа, включително от Австрия, Кипър, Италия, Испания и Швейцария, екипът на META-BRAIN разработва безжични, минимално инвазивни начини за възстановяване на мозъчната дейност. Изследователите използват нанотехнологии, за да взаимодействат с невроните от разстояние, т.е. без постоянни импланти или мозъчна операция с отваряне на черепа.
Все по-голяма неврологична тежест
В наши дни неврологичните заболявания са сред най-значимите предизвикателства за здравето и водещата причина за болести и увреждания в световен мащаб. Само в Европа 165 милиона души страдат от последиците от мозъчни заболявания като болест на Паркинсон, инсулт, епилепсия, депресия, тревожност и травматично мозъчно увреждане.
„Тези заболявания се дължат на неврални патологии и често са свързани с промени в мозъчните ритми и модели на активност“ — обяснява Санчес-Вивес.
Наличните възможности за лечение остават ограничени. Медикаментозните лечения не действат при всички пациенти и могат да предизвикат значителни странични ефекти. При хирургичните методи, като например дълбока мозъчна стимулация, се изисква имплантирането на електроди дълбоко в мозъка, които да блокират или регулират дефектните сигнали.
„Някои пациенти живеят с тези импланти в продължение на десетилетия — казва Санчес-Вивес, — но те са свързани с рискове и усложнения. Нуждаем се от по-добри варианти“.
Безжично взаимодействие с мозъка
За да отговори на тази потребност, изследователският екип по проекта META-BRAIN проучва минимално инвазивни начини за прецизен контрол на невралната дейност от разстояние.
„Основната цел е да се изследват нови форми на безжично взаимодействие с мозъка“ — казва тя. — Искаме да постигнем контрол с висока степен на прецизност посредством основан на нанотехнологиите интерфейс“.
Въпреки че вече съществуват неинвазивни методи за мозъчна стимулация, те имат значителни ограничения. При някои от тези методи липсва възможност за прецизно насочване към конкретни области на мозъка, а с други не може да се достигне до по-дълбоките структури.
„Ето защо се нуждаем от подходи, които са неинвазивни и същевременно позволят насочване към всяка част от мозъка“ — казва Санчес-Вивес.
За тази цел изследователите проучват две различни, но допълващи се идеи. Едната е да се използват внимателно фокусирани ултразвукови вълни за екстракорпорално стимулиране на мозъка. При другата се разчита на наночастици, които могат да бъдат насочвани и активирани посредством магнитни полета, откъдето идва и наименованието им — електромагнитни наночастици.
Малки частици действат като безжични електроди
„Електромагнитните наночастици се очертават като особено обещаваща възможност — казва Марта Парацини (Marta Parazzini), директор по научните изследвания в Института по електроника, информационно инженерство и телекомуникации към италианския Национален съвет за научни изследвания (CNR) в Милано.
Обяснено в опростен вид, електромагнитните наночастици — многократно по-малки от дебелината на човешки косъм — преобразуват магнитните сигнали в електрически сигнали от типа на тези, чрез които се осъществява комуникация между невроните. Когато бъдат изложени на външно магнитно поле, те създават локално електрическо поле и практически действат като безжични електроди.
„Могат да бъдат инжектирани без хирургична операция и да бъдат контролирани от разстояние посредством магнитни полета — казва Парацини. — Изключително малкият им размер позволява те да бъдат прилагани с изключителна прецизност“.
Лабораторните експерименти вече са показали, че тези наночастици могат да бъдат активирани по контролиран начин посредством магнитни полета. От ключово значение е фактът, че те могат както да стимулират, така и да потискат невралната дейност.
„Това ни предоставя множество терапевтични възможности“ — продължава Парацини. — Позволява ни да настройваме прецизно параметрите на мозъчната стимулация, вместо просто да включваме или изключваме неврони“.
Лекуване на мозъка без хирургична операция
В дългосрочен план изследователите предвиждат приложения, които биха могли фундаментално да променят лечението на неврологичните увреждания и заболявания.
Например след тежка злополука пациент с травматично мозъчно увреждане може да бъде откаран в болница и подложен на подробна мозъчна томография. Въз основа на резултатите от тази томография клиничните специалисти могат да инжектират наночастици директно в засегнатите области, като количествата бъдат съобразени с конкретния пациент.
„При вземането на тези решения може да се използват персонализирани компютърни модели на мозъка“ — посочва Парацини.
Веднъж поставени, наночастиците могат да бъдат активирани отвън, например от подобно на шлем устройство, с цел възстановяване на моделите на здравословна активност и постепенно връщане на увредените тъкани към нормалната им физиологична функция.
„Идеята е да се намесим незабавно, без да отваряме черепа или да имплантираме хардуер“ — казва Парацини. — Бихме могли да лекуваме увреждането незабавно и дори да избегнем хирургичната операция. Този метод ще бъде много по-безопасен, по-бърз и по-малко инвазивен. Такава е мечтата“.
От лабораторни изследвания до променящи живота приложения
Досега екипът на META-BRAIN е провел обширни експерименти върху мозъчна тъкан и вече преминава към инвиво изследвания върху гризачи. По проекта няма да се извършват клинични изпитвания върху хора, обаче изследователите предвиждат да проведат компютърни симулации, като използват много подробен триизмерен модел на мозъка.
Ако технологията се окаже успешна, тя би могла в крайна сметка да доведе до по-ефективни лечения на широк кръг от неврологични и невропсихиатрични състояния. Пациентите с болестта на Паркинсон биха могли отново да извършват по-плавни движения, тези с епилепсия — да постигнат по-добър контрол над пристъпите, а хората със сложни психиатрични заболявания — да се облагодетелстват от по-целенасочени терапии.
Освен за лечение технологията може да способства за възстановяването или компенсирането на увредени сетива. При увредени сетивни пътища, благодарение на електромагнитните интерфейси един ден може би ще има начин прекъснатите връзки да бъдат заместени или заобиколени — което предлага потенциално нови възможности за определени видове слепота или други сетивни увреждания.
Неизследвана територия
Въпреки обещаващите възможности изследователите изрично подчертават, че работата все още е на ранен етап.
„Достигането на тази технология до пациентите ще бъде дълъг процес — казва Санчес-Вивес. — Преди всичко трябва разберем напълно поведението на тези частици в мозъка и това как да ги контролираме по безопасен и ефективен начин“.
Потенциалът обаче е неоспорим.
„Възхитително е да се види, че толкова малки частици могат да оказват толкова голямо въздействие върху невроните — продължава тя. — Изследваме напълно нова територия, но такава, която в крайна сметка би могла да трансформира начина, по който лекуваме мозъчните заболявания“.
Изследванията, описани в настоящата статия, са финансирани от Европейския съвет по иновациите (ЕСИ). Становищата на интервюираните не отразяват непременно становищата на Европейската комисия. Оригиналната статия е публикувана в списанието на ЕС за изследвания и иновации Horizon.
