Ha azt olvassuk, hogy emberi agy egy chipen, ez úgy hangzik, mintha egy sci-fi filmből származna és a gonosztevő kiborgot irányító kütyüt jelölné. Pedig nagyon is valóságos dologról van szó, egy olyan eszközről, amely kulcsfontosságú lesz a súlyos neurológiai betegségek, például az Alzheimer-kór hatékonyabb kezelésének kifejlesztésében.

Mikrocsatornákban áramlik a hatóanyag

Közhely, hogy az emberi agy nagyon összetett és rejtélyes szerv. Ahhoz, hogy még jobban megismerjük a működését, szükségünk van az idegsejtek és az agyba kísérleti céllal behelyezett eszközök elektronikus megfigyelésére.

A portugáliai Bragában működő Nemzetközi Ibériai Nanotechnológiai Laboratórium (INL) kutatói uniós támogatással egy egyedülálló, bélyeg méretű, agyat utánzó mikrochipet építettek a BrainChip4MED nevű, kétéves, jövő februárban lezáruló kutatási projekt keretében.

A kutatás keretében egyéves együttműködés valósult a Harvard Medical Schoolhoz tartozó Brigham and Women’s Hospital részlegeivel, amely úttörő szerepet játszik a szervekre épülő chipek (OoC) és a bioszenzorok fejlesztésében.

A kutatók által kifejlesztett zseniális, hüvelykujjnyi méretű eszköz hasonlít a számítógépekben vagy okostelefonokban található chipekhez, de sokkal összetettebb. A chipen lévő agy az emberi agy működését szimulálja, és a kémia, a technika és a biológia kombinációját felhasználva egy komplex mikro-bioszenzor rendszert hoz létre az új nanoterápiás módszerek valós idejű megfigyelésére.

A kutatók ehhez a folyadékok viselkedését és manipulációját mikroszkopikus méretű csatornákban és rendszerekben tanulmányozó mikrofluidikát alkalmazták, amikor a chipre több tíz és száz mikrométer közötti méretű – mikrocsatornát építettek, amelyeken keresztül folyadékok áramolhatnak.
Ez lehetővé teszi egyrészt egy anyag nagyon kis mennyiségének elemzését, másrészt sok minta egyidejű vizsgálatát, ami csökkenti a vizsgálat teljes költségét.

Átjuttatja a gyógyszert az agy-vér gáton

A kutatók egyik legfontosabb célja volt, hogy megoldják azt a problémát, hogyan lehet olyan hatóanyagokat kifejleszteni, amelyek képesek átjutni az úgynevezett vér-agy gáton.
Ez az agyi erek falán lévő szorosan záró sejtréteg biztosítja a legkevesebb átjárhatóságot az agy és a szervezet többi része között, emellett védi az agyat a vérben lévő toxinoktól, baktériumoktól és más káros anyagoktól.

A vér-agy gáton csak a legkisebb molekulák juthatnak át. Bár ez nagyon fontos védelmi szerepet játszik, ugyanakkor sokáig akadályozta a neurológiai rendellenességek kezelésére szolgáló gyógyszerek kifejlesztésére irányuló erőfeszítéseket.

Minden, az agy kezelésére, agyi betegségek gyógyítására szánt gyógyszernek ugyanis át kell jutnia ezen a membránon, hogy elérje a célpontját. Embereken végzett tesztek hiányában azonban kevés jó módszer áll rendelkezésre annak megállapítására, hogy egy gyógyszer mennyire lesz képes behatolni magába az agyba.

Jellemző a helyzetre, hogy ma mindössze négy kereskedelmi forgalomban kapható Alzheimer-kór elleni gyógyszer létezik, és ezek közül egyik sem magát az Alzheimer-kórt kezeli, csupán a tünetekre hatnak. Ez azért van, mert a gyógyszeripari vállalatoknak nagy összegeket kell befektetniük olyan gyógyszerekbe, amelyekről nem biztos, hogy átjutnak a vér-agy gáton. Ezért inkább nem teszik.

Egy gyógyszergyártó cég akár dollármilliókat is költhet egy gyógyszer kifejlesztésére, csak hogy végül kiderüljön, hogy az nem képes átjutni a vér-agy gáton. Az INL-ben kifejlesztett agyat utánzó chip ezt a problémát oldja meg.

A projekt kutatói egyfajta bioorganikus anyag segítségével rekonstruálták a vér-agy gát membránját a chipen. Míg más kutatócsoportok polimer komponensekből álló gátakat próbáltak készíteni, az INL-ben biológiai membránt használtak.

Kiválthatja a kísérleti egereket

Ezzel az új különleges eszközzel a kutatók képesek lesznek a fejlesztés alatt álló hatóanyagokat a chipbe fecskendezni, hogy nyomon követhessék a hatásukat, és megnézhessék, mennyire képesek ezek behatolni az agyba. Egy füst alatt az ilyen „szerv a chipen” típusú eszközök potenciális alternatívát kínálnak az állatkísérletek helyett.
Jelenleg ugyanis a legtöbb gyógyszerhatóanyagot kísérleti állatokon tesztelik, ami számos etikai és gyakorlati hátránnyal jár. Az utóbbihoz tartozik, hogy nem minden anyag viselkedik ugyanúgy állatokon, mint emberen, különösen, ha agyra ható anyagokról van szó. Emiatt bukik meg sok fejlesztés alatt álló vegyület.

A tét pedig nagy. Az agyi rendellenességek napjaink egyik legnagyobb egészségügyi kihívását jelentik. Becslések szerint mintegy 165 millió európai él agyi rendellenességgel. Minden harmadik ember élete során valamikor neurológiai és/vagy mentális rendellenességben szenved.

Az európai egészségügyi költségvetést terhelő globális ráfordítást évente 800 milliárd euróra becsülik, és ez az összeg a népesség elöregedésével várhatóan növekedni fog. Ide tartoznak az olyan jól ismert neurodegeneratív betegségek, mint az Alzheimer- és a Parkinson-kór, de olyan egyéb rendellenességek is szóba jönnek, mint az epilepszia, a depresszió, a stroke, a migrén, az alvászavarok, a traumás agysérülés, a fájdalom szindrómák és a függőség.

Bár az agyat szimuláló chip prototípusa már készen van, még további finomításra van szükség. A csúcstechnológiás eszköznek szigorú tesztelésen is át kell esnie, hogy megbizonyosodjanak a szakemberek arról, felhasználható-e olyan gyógyszerekhez, amelyeket végül embereknek fognak beadni.
Ez a folyamat pedig önmagában is éveket vesz igénybe.

forrás:https://tudas.hu/