לסוג חדש של השתלת מוח עשויות להיות השלכות הן על חקר המוח והן על טיפולים עתידיים במחלות נוירולוגיות כמו אפילפסיה.
חוקרים מ-DTU, אוניברסיטת קופנהגן, אוניברסיטאי קולג' בלונדון ומוסדות אחרים פיתחו אלקטרודה מוחית ארוכה ודקה מחט עם תעלות – מה שנקרא Axialtrode מיקרופלואידי (mAxialtrode), על שם יכולתו להפיץ ממשקים פונקציונליים לאורך השתל, המאפשרות גם רישום אותות עצביים וגם מסירת תרופות ממוקדות שונות.
תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת הידוע Advanced Science.
הטכנולוגיה פותחה בעיקר למחקר בסיסי במוח. זה יכול לעזור לחוקרים להבין טוב יותר כיצד אותות נעים על פני שכבות המוח, למשל באפילפסיה, זיכרון או קבלת החלטות. בטווח הארוך יותר, החוקרים מציינים כי ה-mAxialtrode עשויה להיות חשובה לטיפול – למשל, במתן תרופות ממוקדות בשילוב עם גירוי חשמלי או מבוסס אור של אזורים ספציפיים במוח.
Postdoc Kunyang Sui, שהוביל את פיתוח קונספט ה-mAxialtrode יחד עם פרופסור-משנה כריסטוס מרקוס, מדגיש שהוא אפשר לשלב מספר פונקציות בשתל אחד מה שהופך את חקר המוח לפחות פולשני ויותר מדויק.
רוב שתלי המוח הנוכחיים מבוססים על חומרים קשים כמו סיליקון, שעלולים לגרות את המוח ולעורר תגובות דלקתיות ברקמה. השתל החדש נבדל בכך שהוא עשוי מסיבים אופטיים רכים דמויי פלסטיק ובעל קצה זוויתי במיוחד ההופך אותו לקטן יותר ומפחית את הנזק הנגרם כאשר הוא מונח במוח".
פוסט דוקטורט קוניאנג סוי
הוא מדגיש שעדיין דרושים בדיקות מקיפות, פיתוח נוסף ואישורים לפני שניתן יהיה להשתמש בטכנולוגיה בפרקטיקה הקלינית.
כיום, חוקרי מוח משתמשים לעתים קרובות בסיבים אופטיים שטוחים רגילים. אלו הם סיבי זכוכית או פלסטיק דקים שיכולים להוביל אור עמוק לתוך המוח, למשל עבור מה שנקרא אופטוגנטיקה, שבה תאי עצב מופעלים עם אור. החיסרון הוא שסיבים מסוג זה משפיעים על המוח רק במקום אחד: ממש בקצה.
הקצה החיצוני ביותר נקרא הקצה הדיסטלי – במילים אחרות, ה"אף" של הסיב. כל פליטת האור וכל המגע עם רקמת המוח מתרחש כאן. המשמעות היא שחוקרים יכולים לעורר או למדוד פעילות רק בשכבה אחת של המוח בכל פעם, למרות שתפקודים מוחיים חשובים רבים כרוכים באינטראקציה בין מספר רבדים ואזורים עמוקים יותר.
איך הטכנולוגיה בנויה
ה-mAxialtrode דק המחט מיוצר בתהליך שבו מוט פולימרי גדול מחומם ונמשך החוצה לסיב דק מאוד – ניתן להשוות את התהליך לייצור חוט סוכר, רק הרבה יותר מדויק. באמצע עוברת גרעין שמוליך אור. מסביבו שמונה תעלות מיקרוסקופיות שיכולות לשאת נוזל וגם להכיל חוטי מתכת דקים מאוד למדידות חשמליות.
עובי הסיב הוא פחות מחצי מילימטר והוא כל כך גמיש שהוא נע עם המוח במקום לחתוך את הרקמה. ההבדל בנוקשות חשוב מכיוון שתלים קשים גורמים לרוב לתגובות דלקתיות במוח לאורך זמן.
טכנולוגיה מוכחת
החוקרים לא רק בדקו את הטכנולוגיה במעבדה, אלא גם "in vivo" — כלומר בעכברים. כאן, אלקטרודת המוח הושתלה במוח וחוברה למקורות אור, ציוד מדידה ומשאבות קטנות לאספקת נוזלים.
הניסויים הראו שהחוקרים יכלו לעורר תאי עצב באור כחול ואדום, למדוד פעילות חשמלית בו-זמנית משכבות מוח שטחיות ועמוקות יותר, כמו קליפת המוח וההיפוקמפוס, ולהזריק חומרים שונים בעומקים שונים, עד לכמעט שלושה מילימטרים זה מזה. כל הבדיקות והגירויים יכלו להתבצע עם סיב יחיד וקל משקל שהחיות יכלו לשאת ללא כל סימנים ברורים של אי נוחות.
הניסויים in vivo והאימות הנוירופיזיולוגי בוצעו בשיתוף פעולה הדוק עם פרופסור-משנה Rune W. Berg מאוניברסיטת קופנהגן ופרופסור חבר רוב סי ווייקס מאוניברסיטת קולג' בלונדון, אשר תרמו מומחיות בניתוח מעגלים עצביים ומודלים רלוונטיים לאפילפסיה.
החוקרים שמאחורי האלקטרודה המוחית נמצאים בתהליך של רישום פטנט על הטכנולוגיה הבסיסית והבהרת האפשרויות לבדיקת האלקטרודה על חולים במחלקה קלינית.
