Istraživačka grupa iz Hrvatske, zajedno sa kolegama iz Švedske, Češke i SAD-a, dizajnirala revolucionaran bioelektronski stimulator koji periferne živce vraća u život
Istraživačka grupa sa Fizičkog odsjeka zagrebačkog PMF-a predvođena doc. dr. sc. Vedranom Đerekom učestvovala je u razvoju inovativnog implantata za terapijsku upotrebu u bioelektronskoj medicini, zajedno sa saradnicima sa Univerziteta u Linköpingu (Švedska), Tehničkog univerziteta u Brnu (Češka) i Univerziteta Columbia (USA).
Kruna njihovog istraživanja je rad objavljen u prestižnom časopisu Nature Biomedical Engineering pod naslovom „Chronic electrical stimulation of peripheral nerves via deep-red light transduced by an implanted organic photocapacitor“.
Bioelektronika istražuje interakciju elektronskih sistema kakvi se nalaze u računarima i mobilnim telefonima sa biološkim sistemima.
Bioelektronskim senzorima moguće je mjeriti biološke električne signale u dijagnostičke svrhe. Pored toga bioelektronskim stimulatorima moguće je uticati na biološke električne signale u npr. živcima. Na taj način moguće ih je pobuditi ili potisnuti, dovodeći električne signale u kontakt sa živim tkivom, u terapijske svrhe.
„Naša grupa se bavi upravo time – optimalnim dizajnom bioelektroničkih stimulatora za tačno određenu primjenu. U okviru Uspostavnog istraživačkog projekta HRZZ-a „3DOptoBio“ na Fizičkom odsjeku PMF-a u Zagrebu osnovana je istraživačka grupa sa ciljem razvoja bioelektronskih interfejsa. Zahvaljujući finansiranju HRZZ-a, naš laboratorij opremili smo vrhunskom opremom za izradu i karakterizaciju uzoraka – modela implantata, kao i modernim računarnim softverom za izradu 3D numeričkih modela implantata. U okviru međunarodne suradnje posebno učestvujemo u optimalnom dizajnu elektroda, analizi rezultata i izradi numeričkih modela širenja svjetlosti kroz živo tkivo,“ rekao je za Zimo doc. dr. sc. Vedran Đerek, jedan od autora navedenog istraživanja.
Poseban bioelektronski stimulator
Đerek i njegov tim bili su u istraživanju zaduženi da dizajniraju poseban bioelektronski stimulator.
Hrvatski tim je učestvovao u dizajnu bioelektronskog stimulatora izrađenog na ultra-tankoj savitljivoj foliji, koji se može omotati izravno oko perifernog živca, i na kojemu su naneseni materijali koji se koriste pri izradi organskih sunčevih ćelija.
Kada se stimulator obasja svjetlošću, između stimulatora i živca poteče električna struja koja može da pobudi periferni motorni živac koji mišićima šalje signal da je vrijeme za pokret.
Istraživanje je vodio E. Głowacki sa Univerziteta u Linköpingu i Tehničkog univerziteta u Brnu, dok su biološka eksperimentalna istraživanja obavili naučnici iz Njujorka, sa Univerziteta Kolumbija, J. Gelinas i D. Khodagholy, gdje su opto-elektronski stimulatori implantirani oko ishijadičnog živca laboratorijskog štakora.
„Nakon operacije i oporavka, praćene su reakcije životinje na vanjsko obasjavanje mjesta implantacije laserskom svjetlošću – opažene su kontrakcije noge, i izmjereni su električni signali sa EMG elektroda postavljenih na površinu kože. Stimulatori se uspješno radili preko tri mjeseca nakon implantacije, a bihevioralnim testovima utvrđeno je da životinje nisu pokazivale znakove nelagode ili poteškoća u kretanju radi prisustva implantata,“ naglasio je Đerek.
Bioelektronske terapije poput stimulacije živca vagusa trenutno se koriste za terapiju kod epilepsije i kliničke depresije otporne na medikamente, a u razvoju su terapije za stanja poput poremećaja anksioznosti, pretilosti, alkoholizma, hroničnog otkazivanja srca, prevencije aritmija, autoimunih poremećaja i nekih stanja hronične boli, dok su u primjeni i vještačke pužnice i mrežnice, kao proteze za vraćanje sluha i vida.
Istraživanje je napravljeno uz pomoć HRZZ-a (UIP-2019-04-1753 – 3DOptoBio), projekta CeNIKS i centra izvrsnosti QuantXLie s PMF-a i javno je dostupno na Nature Biomedical Engineering.
(Zimo)
