Τεχνητά νευρικά κύτταρα για θεραπεία

Μια νέα πολλά υποσχόμενη ιατρική τεχνολογία κερδίζει διαρκώς έδαφος τα τελευταία χρόνια, γράφει το περιοδικό τεχνολογίας της Ευρωπαϊκής Επιτροπής «Cordis», το οποίο επισημαίνει ότι ερευνητές κατάφεραν να αντιγράψουν τις ηλεκτρικές ιδιότητες των βιολογικών νευρώνων σε τσιπ ημιαγωγών.

Η συγκεκριμένη τεχνολογία τους θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκατάσταση των ζημιών που προκαλούνται από συνθήκες όπως η καρδιακή ανεπάρκεια και η νόσος του Αλτσχάιμερ. Παράλληλα υπόσχεται να φέρει νέες ιδέες στη διάγνωση και τη θεραπεία του καρκίνου, των καρδιαγγειακών νοσημάτων, αλλά και των νευροεκφυλιστικών παθήσεων. Πρόκειται, όπως καταλάβατε, για τη βιοηλεκτρονική ιατρική, η οποία προσφάτως βρίσκεται όλο και συχνότερα στο προσκήνιο. Συνδυάζοντας διάφορους τομείς όπως τη βιοχημεία, τη μοριακή ιατρική, τη νευροεπιστήμη, την ανοσολογία, την ηλεκτρική, τη μηχανολογία, την πληροφορική και τα μαθηματικά, η βιοηλεκτρονική επικεντρώνεται στην ηλεκτρική σηματοδότηση στο νευρικό σύστημα.

Οι ερευνητές στον τομέα αυτό χρησιμοποιούν ήδη τέτοιες πληροφορίες για τη δημιουργία βιοϊατρικών συσκευών για πολύπλοκα νευρωνικά δίκτυα. Ωστόσο, η ανάπτυξη τεχνητών νευρώνων ήταν δύσκολη, τόσο λόγω των προκλήσεων της περίπλοκης βιολογίας τους, όσο και της δύσκολα προβλέψιμης νευρωνικής αποκρίσης.

Οπως τονίζει το Cordis, μια ομάδα επιστημόνων που υποστηρίχθηκε από το χρηματοδοτούμενο από την Ε.Ε. σχέδιο CResPace αντιμετώπισε ακριβώς αυτή την πρόκληση. Ετσι η ομάδα σχεδιάσει τεχνητούς νευρώνες σε τσιπ πυριτίου που μιμούνται ακριβώς τα πραγματικά, ζωντανά νευρικά κύτταρα, τα οποία ανταποκρίνονται σε μια σειρά από διεγέρσεις. Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό «Nature Communications» και όπως υποστηρίζουν οι ειδικοί «η προσέγγισή τους συνδυάζει διάφορες ανακαλύψεις, οι οποίες ανοίγουν νέους ορίζοντες στη νευρομορφική μηχανική».

Το άρθρο υπογραμμίζει ακόμη ότι οι τεχνητοί νευρώνες είναι ιδανικοί για ιατρικά εμφυτεύματα με το δελτίο τύπου που εξέδωσε ο συντονιστής του έργου CResPace του Πανεπιστημίου του Μπαθ να συνοψίζει τα ευρήματα της μελέτης. «Ουσιαστικά, οι τεχνητοί νευρώνες δεν συμπεριφέρονται μόνο σαν βιολογικοί νευρώνες, αλλά χρειάζονται μόνο το ένα δισεκατομμυριοστό από τη ενέργεια ενός μικροεπεξεργαστή, καθιστώντας τα ιδανικά για χρήση σε ιατρικά εμφυτεύματα και άλλες βιοηλεκτρονικές συσκευές».

Οπως μάλιστα επισημαίνει το δελτίο Τύπου: «Οι τεχνητοί νευρώνες θα μπορούσαν να αποκαταστήσουν τα νοσούντα βιο-κυκλώματα με την αναπαραγωγή της υγιούς λειτουργίας τους και την κατάλληλη ανταπόκριση στις βιολογικές αντιδράσεις για την αποκατάσταση της σωματικής λειτουργίας. Στην καρδιακή ανεπάρκεια, για παράδειγμα, οι νευρώνες στη βάση του εγκεφάλου δεν ανταποκρίνονται σωστά στην ανατροφοδότηση του νευρικού συστήματος και με τη σειρά τους δεν στέλνουν τα σωστά σήματα στην καρδιά, με αποτέλεσμα αυτή να μην έχει την αιμοδυναμική που θα είχε υπό φυσιολογικές συνθήκες».

Επισημαίνει ακόμη τις προκλήσεις που σχετίζονται με τη δημιουργία τεχνητών νευρώνων και εξηγεί πώς οι επιστήμονες κατάφεραν να τις ξεπεράσουν: «Οι ερευνητές μελέτησαν επιτυχώς το θέμα και εξήγαγαν εξισώσεις προκειμένου να εξηγήσουν πώς νευρώνες ανταποκρίνονται σε ηλεκτρικά ερεθίσματα από άλλα νεύρα, κάτι απίστευτα περίπλοκο». Οπως δήλωσε στο περιοδικό ο καθηγητής Αλέν Νογκαρέ από το Πανεπιστήμιο του Μπαθ: «Η δουλειά παρέχει μια ισχυρή όσο και λεπτομερή μέθοδο αναπαραγωγής των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των πραγματικών νευρώνων».

Προσθέτει ότι η ομάδα «αναπτύσσει έξυπνους βηματοδότες που δεν θα τονώσουν μόνο την καρδιά προκειμένου να αντλεί με σταθερό ρυθμό, αλλά χρησιμοποιεί αυτούς τους νευρώνες για να ανταποκρίνονται σε πραγματικό χρόνο στις απαιτήσεις που τίθενται από την καρδιά. Αλλες πιθανές εφαρμογές θα μπορούσαν να είναι η θεραπεία καταστάσεων όπως οι εκφυλιστικές ασθένειες του Αλτσχάιμερ και των νευρώνων γενικότερα».

Το πρόγραμμα CResPace (Adaptive Bio-electronics for Chronic Cardiorespiratory Disease) που υποστηρίζει τη σχετική μελέτη, προγραμματίζεται να λήξει τον Δεκέμβριο του 2021. Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε από το έργο περιλαμβάνει προσαρμoστή καρδιακού επανασυγχρονισμού που βασίζεται σε μικρά νευρικά δίκτυα γνωστά ως κεντρικές γεννήτριες μοτίβων (CPGs). Συμπερασματικά τα τεχνητά νευρικά κύτταρα υπόσχονται πολλά ωστόσο ο δρόμος, όπως τονίζουν οι επιστήμονες, είναι ακόμη μακρύς…