Průlom v neurovědě: Elektronika roste přímo v mozku živých myší, slibuje revoluci v implantátech

Vědci z Purdueovy univerzity dosáhli významného pokroku v oblasti mozkových implantátů, když vyvinuli technologii umožňující pěstovat elektroniku přímo uvnitř mozků živých myší.

Vědci z Purdueovy univerzity dosáhli významného pokroku v oblasti mozkových implantátů, když vyvinuli technologii umožňující pěstovat elektroniku přímo uvnitř mozků živých myší. Tato inovativní metoda využívá vlastní krevní chemii mozku k sestavení měkkých, světlem ovládaných elektrod kolem neuronů, což představuje zásadní posun od tradičních, rigidních implantátů.

Technologie funguje na principu biovýroby: jediná injekce přemění mozek myši v továrnu, kde krevní proteiny přeměňují vstříknuté chemikálie na měkkou, flexibilní elektrodovou síť. Tato síť se plynule obepíná kolem jemných neuronů a umožňuje pulzy světla zvenčí lebky zklidňovat hyperaktivní buňky. Myši přitom zůstávají bez jakýchkoli známek nepohodlí, nevědomy si toho, že se staly „kyborgy“.

Současné mozkové implantáty, často tvořené pevnými mikroelektrodovými čipy, již pomohly mnoha lidem s paralýzou nebo neurologickými onemocněními tím, že převádějí mozkové signály na řeč nebo pohyb, či stimulují mozkovou aktivitu k léčbě těžkých depresí. Tyto implantáty však vyžadují rozsáhlé chirurgické zákroky a nesou riziko poškození citlivé mozkové tkáně. Nesoulad mezi měkkou mozkovou tkání a rigidními implantáty často vede k zjizvení, ztrátě signálu a zkrácení životnosti zařízení. Nová technologie se snaží těmto problémům vyhnout tím, že elektrody vytváří přímo v cílovém místě.

Klíčem k úspěchu je monomer nazvaný BDF, který se za pomoci hemoglobinu – proteinu v červených krvinkách – přemění na vodivou síť. Tato poddajná elektroda se přizpůsobuje anatomii mozku a pohybuje se s ním, čímž minimalizuje fyzické poškození. Je citlivá na blízké infračervené světlo a dokáže převádět světelné pulzy z vnějšku lebky na elektrické signály, které mění mozkovou aktivitu. Metoda byla úspěšně testována v hovězím a jehněčím mase, embryích zebřiček a nakonec i v mozcích myší, kde se elektrody vytvořily v motorické kůře s minimálním chirurgickým zásahem.

Tým vědců také dokázal přimět dendrity, stromovité vstupní větve neuronů, k produkci vodivé sítě. Pomocí blízkého infračerveného světla elektrody vytvořené v dendritech změnily chování nervových větví, dočasně snížily mozkovou aktivitu a zabránily myším v provedení naučeného úkolu. Po vypnutí světla se však zvířata k dovednosti vrátila. Během studie nebyly v jejich mozcích zaznamenány žádné známky infekce, zánětu ani přehřátí.

Potlačení mozkových signálů má značné výhody. Hyperaktivní mozková aktivita u epilepsie a Parkinsonovy nemoci se v současnosti tlumí léky nebo – v závažných případech – mozkovými implantáty. Pokud se tato metoda potvrdí, mohly by se elektrody vypěstované v mozku stát méně invazivní alternativou. Strategie by se teoreticky mohla uplatnit i při řízení nervů míchy nebo srdeční tkáně. S dalším zlepšením by se elektroda mohla stát stabilní součástí mozkových buněk po celý život, nikoli jen s nimi koexistovat po měsíce či roky.