Un nou implant va fi testat la om şi oamenii de ştiinţă spun că ar putea transforma chirurgia tumorilor cerebrale. Detectorul de celule canceroase, realizat din grafen, materialul care le-a adus inventatorilor săi premiul Nobel, este salutat ca o „piatră de hotar" în tratamentul clinic.
Grafenul este o formă de carbon iar structura sa perfectă îl face potrivit pentru producţia de senzori extrem de sensibili care pot înregistra poluarea la nivel molecular.
Cercetătorii au conceput acum un implant cu cip de grafen, considerat revoluţionar, care ar putea transforma tratamentul chirurgical al tumorilor cerebrale. Acesta urmează să fie supus primului său test clinic în ceea ce oamenii de ştiinţă afirmă că ar putea fi o descoperire medicală majoră.
Cipul cerebral poate localiza celulele canceroase prin diferenţele dintre emisia electrică proprie şi cele ale ţesutului neural sănătos.
De mărimea unui timbru poştal, dispozitivul este fabricat din grafen, un material de 200 de ori mai rezistent decât oţelul şi cu grosimea de numai un atom. Grafenul a fost inventat în urmă cu 20 de ani de cercetătorii Andre Geim şi Konstantin Novoselov de la Universitatea din Manchester , care au câştigat ulterior premiul Nobel pentru fizică în 2010 pentru aceste cercetări.
De atunci, oamenii de ştiinţă s-au străduit să exploateze proprietăţile conductoare remarcabile ale grafenului pentru a dezvolta noi senzori electrici şi magnetici şi alte dispozitive.
Cipul flexibil pentru creier - testat acum la un spitale din Marea Britanie (Salford Royal) este salutat ca o premieră medicală.
„Acesta este primul studiu clinic efectuat oriunde în lume cu un dispozitiv medical pe bază de grafen”, a declarat într-un comunicat unul dintre liderii echipei, Kostas Kostarelos, profesor de nanomedicină la Universitatea Manchester.
Credit: University of Manchester, 2024
Dispozitivul de interfaţă creier-computer (BCI) a fost proiectat şi fabricat de o echipă internaţională de oameni de ştiinţă pentru a transforma monitorizarea impulsurilor electrice ale celulelor din creier prin utilizarea frecvenţelor care anterior nu puteau fi detectate.
După o dezvoltare extinsă şi studii preclinice, primul studiu Inbrain pe oameni va implica 8-10 pacienţi, în principal pentru a demonstra siguranţa grafenului în contact direct cu creierul uman.
„Prima sa utilizare va fi diferenţierea celulelor canceroase de celulele sănătoase pentru a se asigura că intervenţiile chirurgicale asupra tumorilor cerebrale sunt direcţionate într-un mod extrem de precis”, a declarat Kostarelos.
Acest obiectiv este de o importanţă vitală, subliniază medicii. Peste 12.700 de persoane sunt diagnosticate ca având tumori cerebrale în Marea Britanie în fiecare an şi peste 5.000 de decese anuale sunt atribuite acestui cancer. „Orice putem face pentru a îmbunătăţi aceste rate va fi o realizare majoră”, a adăugat el.
Echipa din spatele dispozitivului BCI crede că acesta îi va ajuta pe oamenii de ştiinţă să studieze multe alte afecţiuni - inclusiv AVC (accidentul vascular cerebral) şi epilepsia - oferindu-le mai multe cunoştinţe a modului în care semnalele electrice sunt transmise de celulele sănătoase, în comparaţie cu celulele care sunt afectate de condiţii patologice.
„Aceasta este o piatră de hotar din punct de vedere clinic care deschide calea progreselor atât în decodificarea neuronală, cât şi în aplicarea acesteia ca intervenţie terapeutică”, a declarat Carolina Aguilar, co-fondator al Inbrain Neuroelectronics, un spin-off global care a fost înfiinţat pentru a exploata utilizarea grafenului în cercetarea şi tratamentul creierului.
Celulele din creier interacţionează prin schimbul de impulsuri electrice, un proces care stă la baza gândurilor, comportamentului şi percepţiei umane asupra mediului înconjurător. Până acum, a fost o mare bătaie de cap pentru oamenii de ştiinţă să monitorizeze exact modul în care aceste celule comunică în acest fel.
„Putem studia unele semnale electrice care sunt emise de celulele creierului. Cu toate acestea, cele de frecvenţă foarte joasă şi foarte înaltă sunt foarte greu de detectat în creierul viu”, a precizat Kostarelos.
În prezent, pot fi monitorizate doar cele cu frecvenţe medii. În mod esenţial, cipul BCI poate localiza o gamă imensă de semnale electrice în creier, inclusiv cele de frecvenţe foarte înalte şi foarte joase, au explicat cercetătorii.
Pentru a utiliza dispozitivul, se îndepărtează o bucată din craniul unui pacient, iar micul cip subţire - care are mii de contacte electrice - este plasat deasupra creierului acestuia. Transmiţătoarele trimit semnale electrice pentru a stimula celulele creierului, iar receptoarele minuscule captează răspunsurile acestora.
„Celulele canceroase nu răspund la stimularea electrică declanşată de cip, spre deosebire de celulele neuronale gazdă”, a precizat Kostarelos.
Acest lucru permite unei echipe chirurgicale să identifice neuronii foarte aproape de o tumoră, acest lucru fiind extrem de important. Dacă o tumoră este localizată în părţi ale creierului precum cele implicate în vorbire, echipa va trebui să fie deosebit de atentă. Ghidaţi de semnalele de la cipul de grafen, ei pot îndepărta celulele bolnave cu mai multă precizie şi încredere.
Capacitatea cipului BCI de a detecta semnale de frecvenţă foarte înaltă şi foarte joasă de la celulele creierului este importantă şi din alte motive.
În cazul AVC şi a crizelor de epilepsie, se ştie că semnalele de frecvenţă foarte joasă sunt trimise de celulele din părţile afectate ale creierului, iar această tehnologie deschide o nouă cale de a explora ce se întâmplă imediat după ce o persoană suferă unul dintre aceste evenimente.
Tehnologia - care se bazează pe proprietăţile remarcabile ale grafenului - va ajuta la direcţionarea intervenţiilor chirurgicale în creier şi va permite, de asemenea, o nouă înţelegere fundamentală a modului în care celulele din creier funcţionează şi interacţionează într-o stare bolnavă, au mai indicat cercetătorii.
