Drobné částice, velký dopad aneb cesta k méně invazivní mozkové stimulaci
Život s poruchou mozku často znamená spoléhat se na léky, které nefungují u každého, a v některých případech na operaci. Výzkumníci financovaní EU nyní zkoumají, zda by nanotechnologie mohla jednou nabídnout bezpečnější a méně invazivní alternativu léčby.
Poruchy mozku jsou jednou z největších zdravotních výzev. Jen v Evropě trpí následky mozkových poruch, jako je Parkinsonova choroba, cévní mozková příhoda, epilepsie, deprese, úzkost a traumatické poranění mozku, 165 milionů lidí. Odhaduje se, že jeden ze tří lidí bude v určitém okamžiku svého života trpět neurologickou a/nebo duševní poruchou. Náklady na evropské rozpočty zdravotnictví se odhadují na 800 miliard eur ročně, přičemž se očekává, že se dále zvýší s tím, jak populace Evropy stárne a k poruchám mozku se stává náchylnější.
Léčba vážných mozkových poruch znamená po desetiletí vesměs složitý kompromis. Zmírnění příznaků, ale obvykle za cenu invazivní operace a implantovaných elektrod, které zůstávají v těle po celý život. Tento přístup by se podle dat prezentovaných v únorovém vydání Horizon Magazine mohl do budoucna změnit. „Mít elektrody v těle není ideální. Přesto je to pro mnoho pacientů jediná možnost," uvedla neurovědkyně prof. Mavi Sanchez-Vivesová, PhD, vedoucí skupiny systémové neurovědy ve výzkumném ústavu IDIBAPS v Barceloně ve Španělsku, která vede tříletou výzkumnou iniciativu financovanou EU s názvem META-BRAIN, jež potrvá do prosince 2026.
Její tým zkoumá nové způsoby interakce s mozkem kombinací nanotechnologie, ultrazvuku a pokročilého monitorování mozku. Tým META-BRAIN, který spojuje vědce a kliniky z předních výzkumných institucí po celé Evropě, včetně Rakouska, Kypru, Itálie, Španělska a Švýcarska, vyvíjí bezdrátové, minimálně invazivní způsoby obnovení mozkové aktivity. Vědci používají nanotechnologii k vzdálené interakci s neurony – bez trvalých implantátů nebo otevřených operací mozku.
Neurologické poruchy jsou jednou z největších zdravotních výzev naší doby a zároveň podle dat WHO jednou z hlavních příčin nemocí a postižení na celém světě. „Tyto poruchy jsou založeny na patologiích nervového systému a často jsou spojovány se změnami v rytmu mozku a vzorcích aktivity," vysvětluje prof. Sanchez-Vivesová s tím, že dostupné léčby zůstávají omezené. Lékové terapie nefungují u všech pacientů a mohou způsobit významné nežádoucí účinky. Chirurgické přístupy, jako je hluboká stimulace mozku, vyžadují implantaci elektrod hluboko do mozku, aby blokovaly nebo regulovaly chybné signály. „Někteří pacienti žijí s těmito implantáty desítky let. Ale tento způsob s sebou přináší i rizika a komplikace. Proto potřebujeme lepší možnosti,“ zdůraznila.
Bezdrátová interakce s mozkem
Při hledání nových cest zkoumá výzkumný tým META-BRAIN minimálně invazivní a přesné způsoby řízení nervové aktivity na dálku. Hlavním cílem je objevit nové formy bezdrátové interakce s mozkem a dosáhnout vysoce přesné kontroly pomocí nanotechnologie jako rozhraní. Ačkoli neinvazivní metody stimulace mozku již existují, mají důležitá omezení. Některé postrádají schopnost přesně cílit na konkrétní oblasti mozku, zatímco jiné nemohou dosáhnout do hlubších struktur. Proto je potřeba vyvinout přístupy, které jsou zároveň neinvazivní a schopné cílit na jakoukoli část mozku.
K tomu výzkumníci zkoumají dva odlišné, ale vzájemně se doplňující způsoby. První spočívá v používání pečlivě zaměřených ultrazvukových vln ke stimulaci mozku zvenčí. Druhý spoléhá na nanočástice, označované jako magnetoelektrické nanočástice, které lze vést a aktivovat pomocí magnetických polí.
Právě magnetoelektrické nanočástice se podle Dr. Marty Parazziniové, PhD, ředitelky výzkumu na Institutu elektroniky, informačního inženýrství a telekomunikací Národní výzkumné rady Itálie (CNR) v Miláně, ukázaly být obzvlášť slibnou cestou. Jak vysvětlila, magnetoelektrické nanočástice – mnohonásobně menší než průměr lidského vlasu – převádějí magnetické signály na elektrické, stejné signály, jaké používají neurony ke komunikaci. Když jsou vystaveny vnějšímu magnetickému poli, vytvářejí lokální elektrické pole, které funguje jako bezdrátové elektrody. „Lze je injekčně aplikovat bez operace a ovládat na dálku pomocí magnetických polí. Protože jsou tak malé, jejich aplikace může být extrémně přesná," vysvětlila Dr. Parazziniová.
Laboratorní experimenty již ukázaly, že tyto nanočástice lze aktivovat kontrolovaným způsobem pomocí vnějších magnetických polí. Klíčové je, že jsou schopny jak stimulovat, tak inhibovat nervovou aktivitu. „To nám dává mnoho terapeutických možností. Umožňuje nám to jemně ladit mozkovou stimulaci, místo abychom jen zapínali nebo vypínali neurony,“ dodává vědkyně.
Léčba mozku bez operace
Výzkumníci představují aplikace, které by mohly zásadně změnit způsob, jakým léčba neurologických poranění a poruch probíhá. Například po vážné nehodě může být pacient s traumatickým poraněním mozku převezen do nemocnice a podstoupit podrobné zobrazování mozku. Na základě tohoto skenu by mohli klinici injektovat magnetoelektrické nanočástice přímo do postižených oblastí, v množství přizpůsobeném konkrétnímu pacientovi. Tato rozhodnutí by podle Dr. Parazziniové mohla být řízena personalizovanými výpočetními modely mozku.
Jakmile jsou na místě, nanočástice mohou být aktivovány zvenčí, například pomocí zařízení podobného helmě, které obnoví zdravé vzorce aktivity a nasměruje poškozenou tkáň zpět k normální fyziologické funkci. „Cílem je zasáhnout okamžitě, aniž bychom otevřeli lebku nebo implantovali hardware. Zranění bychom mohli okamžitě ošetřit a možná se i vyhnout operaci. Tato metoda by byla mnohem bezpečnější, rychlejší a méně invazivní. To je ten sen,“ říká Dr. Parazziniová.
Dosud tým META-BRAIN provedl rozsáhlé experimenty v mozkové tkáni a nyní se zaměřuje na in vivo studie na hlodavcích. Lidské testy nebudou probíhat v rámci projektu, ačkoli výzkumníci plánují provádět výpočetní simulace s lidským mozkovým fantomem, velmi detailním 3D modelem mozku.
Pokud bude tato technologie úspěšná, mohla by nakonec vést k účinnějším léčbám široké škály neurologických a neuropsychiatrických onemocnění. Pacienti s Parkinsonovou chorobou by mohli získat plynulejší pohyb, pacienti s epilepsií by mohli dosáhnout lepší kontroly záchvatů a lidé s komplexními psychiatrickými poruchami by mohli těžit z cílenější terapie.
Kromě léčby může tato technologie také pomoci obnovit nebo kompenzovat ztracené smysly. V případech, kdy jsou senzorické dráhy poškozeny, by magnetoelektrická rozhraní mohla jednou pomoci nahradit nebo obejít přerušená spojení – a potenciálně nabídnout nové možnosti pro určité formy slepoty nebo jiné ztráty smyslových vjemů.
Navzdory slibům se výzkumníci snaží zdůraznit, že práce je stále v rané fázi. „Bude to dlouhý proces, než se tato technologie dostane k pacientům. Nejprve musíme důkladně pochopit, jak se tyto částice v mozku chovají a jak je bezpečně a efektivně ovládat," řekla prof. Sanchez-Vivesová s tím, že přesto je potenciál nepopiratelný. „Je fascinující vidět, že tak malé částice mohou mít tak velký dopad na neurony. Zkoumáme zcela nové území – ale takové, které by mohlo nakonec změnit způsob, jakým léčíme poruchy mozku,“ shrnula.