Organiczne implanty nanoelektroniczne
Choroby neurodegeneracyjne i urazy mogą być przyczyną paraliżu i ograniczać zdolności pacjentów do poruszania się. Naukowcy z UE opracowali i wszczepili aktywne urządzenie wielofunkcyjne (AMID) w modelu mysim uszkodzenia rdzenia kręgowego (SCI), uzyskując obiecujące rezultaty.Leczenie paraliżu i chorób takich jak Parkinson jest ogromnym obciążeniem dla społeczeństwa i gospodarki. Aby przywrócić zdolności ruchowe, zmniejszyć stan zapalny i przyspieszyć rekonwalescencję, w ramach projektu IONE-FP7 (Implantable organic nano-electronics) opracowano innowacyjne wszczepiane AMID z rusztowaniami biodegradowalnymi, które można kontrolować zdalnie.
Uczestnicy projektu IONE-FP7 przygotowali metodologie i protokoły do badań in vitro i in vivo, umożliwiające ograniczenie testów na zwierzętach do minimum przy jednoczesnej optymalizacji konstrukcji urządzenia. Uczeni systematycznie optymalizowali i skalowali prototyp pod kątem implantacji in vivo przy pomocy nowych narzędzi i technik wytwarzania oraz z wykorzystaniem prototypowania.
Uzyskano kilka przełomowych rozwiązań, w tym dotyczących zewnątrzkomórkowego wykrywania fali wapnia w komórkach glejowych. Naukowcy wytworzyli organiczny tranzystor synaptyczny, nazywany także nanocząsteczkowym organicznym pamięciowym tranzystorem polowym (NOMFET). NOMFET potrafią generować wzorce sygnałów elektrycznych podobne do sygnałów neuronowych, a tym samym pobudzać wzrost neuronów i tworzenie połączeń między nimi. Cztery takie organiczne FET umieszczono w architekturze z bramką elektrochemiczną (EGOFET) w celu uzyskania AMID. Konstrukcję EGOFET wykorzystano z powodzeniem jako przetwornik, a także jako bioczujnik neuroprzekaźników i cytokin zapalnych.
W ostatecznej formie AMID składał się z biodegradowalnego kopolimeru kwasu mlekowego i glikolowego z ułożonymi grzebieniowo złotymi elektrodami, zapewniającymi odpowiednią stymulację, oraz kanalikami mikrocieczowymi do dostarczania substancji leczniczej. Do testów wybrano minocyklinę, ponieważ dała ona obiecujące wyniki w badaniach klinicznych fazy II.
Naukowcy z powodzeniem przekazywali sygnały elektryczne do obwodowego nerwu ruchowego po zastosowaniu pulsacyjnej stymulacji elektrycznej do SCI poprzez wszczepiony AMID. W rezultacie zaobserwowano kurczenie się mięśni nóg u sparaliżowanych myszy poddanych działaniu anestetyków. Po zakończeniu projektu prowadzone są badania mające na celu ocenę skuteczności leczenia i reakcji zapalnej, w oparciu o dalszą współpracę badawczą w zakresie wczepianych organicznych urządzeń bioelektronicznych.
W ciągu 3 lat realizacji projektu opublikowano 31 artykułów. O wynikach badań informowano na dwóch prezentacjach, kilku debatach, w mediach, na międzynarodowych warsztatach oraz na forum w serwisie LinkedIn.
Naukowcy biorący udział w inicjatywie IONE-FP7 potwierdzili potencjał AMID w zakresie lokoregionalnej terapii i regeneracji połączeń nerwowych. Rozwiązania te mogą również znaleźć zastosowanie w innych obszarach biomedycyny, na przykład w leczeniu bólu, anestezjologii i leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. Owocem omawianych prac jest przygotowanie wspólnego patentu oraz założenie start-upa zajmującego się bioelektroniką. Przełożenie wyników tych badań na praktyczne zastosowania kliniczne w leczeniu ludzi przyniesie niezliczone korzyści.
Źródło: www.cordis.europa.eu
Uczestnicy projektu IONE-FP7 przygotowali metodologie i protokoły do badań in vitro i in vivo, umożliwiające ograniczenie testów na zwierzętach do minimum przy jednoczesnej optymalizacji konstrukcji urządzenia. Uczeni systematycznie optymalizowali i skalowali prototyp pod kątem implantacji in vivo przy pomocy nowych narzędzi i technik wytwarzania oraz z wykorzystaniem prototypowania.
Uzyskano kilka przełomowych rozwiązań, w tym dotyczących zewnątrzkomórkowego wykrywania fali wapnia w komórkach glejowych. Naukowcy wytworzyli organiczny tranzystor synaptyczny, nazywany także nanocząsteczkowym organicznym pamięciowym tranzystorem polowym (NOMFET). NOMFET potrafią generować wzorce sygnałów elektrycznych podobne do sygnałów neuronowych, a tym samym pobudzać wzrost neuronów i tworzenie połączeń między nimi. Cztery takie organiczne FET umieszczono w architekturze z bramką elektrochemiczną (EGOFET) w celu uzyskania AMID. Konstrukcję EGOFET wykorzystano z powodzeniem jako przetwornik, a także jako bioczujnik neuroprzekaźników i cytokin zapalnych.
W ostatecznej formie AMID składał się z biodegradowalnego kopolimeru kwasu mlekowego i glikolowego z ułożonymi grzebieniowo złotymi elektrodami, zapewniającymi odpowiednią stymulację, oraz kanalikami mikrocieczowymi do dostarczania substancji leczniczej. Do testów wybrano minocyklinę, ponieważ dała ona obiecujące wyniki w badaniach klinicznych fazy II.
Naukowcy z powodzeniem przekazywali sygnały elektryczne do obwodowego nerwu ruchowego po zastosowaniu pulsacyjnej stymulacji elektrycznej do SCI poprzez wszczepiony AMID. W rezultacie zaobserwowano kurczenie się mięśni nóg u sparaliżowanych myszy poddanych działaniu anestetyków. Po zakończeniu projektu prowadzone są badania mające na celu ocenę skuteczności leczenia i reakcji zapalnej, w oparciu o dalszą współpracę badawczą w zakresie wczepianych organicznych urządzeń bioelektronicznych.
W ciągu 3 lat realizacji projektu opublikowano 31 artykułów. O wynikach badań informowano na dwóch prezentacjach, kilku debatach, w mediach, na międzynarodowych warsztatach oraz na forum w serwisie LinkedIn.
Naukowcy biorący udział w inicjatywie IONE-FP7 potwierdzili potencjał AMID w zakresie lokoregionalnej terapii i regeneracji połączeń nerwowych. Rozwiązania te mogą również znaleźć zastosowanie w innych obszarach biomedycyny, na przykład w leczeniu bólu, anestezjologii i leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. Owocem omawianych prac jest przygotowanie wspólnego patentu oraz założenie start-upa zajmującego się bioelektroniką. Przełożenie wyników tych badań na praktyczne zastosowania kliniczne w leczeniu ludzi przyniesie niezliczone korzyści.
Źródło: www.cordis.europa.eu