In een baanbrekende studie hebben onderzoekers van het Media Lab en het Neurobiologisch Ingenieurscentrum van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) onder leiding van assistent-professor Deblina Sarkar met succes micro-elektronische apparaten ontwikkeld. Deze innovatieve technologie maakt het mogelijk om apparaten die met levende cellen interageren, via injectie in de bloedsomloop te brengen om specifieke gebieden in de hersenen te bereiken.
Het unieke aan deze technologie is dat het geen traditionele chirurgische ingreep meer vereist voor de implantatie van elektroden. In plaats daarvan maken de microchips gebruik van de natuurlijke mechanismen van immuuncellen om ontstekingen te lokaliseren en de apparaten naar de ontstekingslocaties te transporteren.
Sarkar benadrukt dat de ontwikkeling van deze technologie niet zonder uitdagingen was. Gedurende de eerste twee jaar werden maar liefst 35 subsidieaanvragen afgewezen, waarbij beoordelaars de impact van het idee erkenden, maar de haalbaarheid betwijfelden. Na zes jaar hard werken behaalde het team echter een doorbraak en ontving in 2022 een innovatietoekenning van de National Institutes of Health.
De micro-apparaten zijn ontworpen om nabij de hersenoppervlakte van stroom te worden voorzien door middel van fotovoltaïsche effecten in combinatie met draadloze infraroodstraling, en zijn kleiner dan een cel, waardoor zij door de bloedsomloop kunnen circuleren. Het team gebruikte biocompatibele organische halfgeleidende polymeren en metalen lagen die om en om zijn gestapeld om deze apparaten te vervaardigen, met behulp van standaard CMOS-productietechnieken. Het eindresultaat is een apparaat van ongeveer 200 nanometer dik met een diameter van 10 micrometer.
Om deze elektronische apparaten te combineren met mononucleaire cellen, die in staat zijn om ontstekingen te lokaliseren, maakten de onderzoekers gebruik van een techniek genaamd ‘click chemistry’. Hierdoor konden de elektronische apparaten en de cellen snel met elkaar verbinden. Deze circulerende elektronica toonde succesvolle resultaten in proeven met muizen; na 72 uur bereikte het merendeel van de mengsels de doelgebieden en resulteerde in significante neuronale activatie.
Sarkar merkt op dat het potentieel van deze technologie niet alleen beperkt is tot de behandeling van neurodegeneratieve ziekten, maar dat het in de toekomst ook gebruikt zou kunnen worden voor het verzamelen van hersengegevens bij gezonde mensen, en zelfs een rol zou kunnen spelen in brain-machine interfaces. Het team is van plan om in de komende drie jaar testen met grotere dieren uit te voeren en hoopt goedkeuring van de FDA te verkrijgen om klinische proeven op te starten en deze technologie op de markt te brengen.
