Nye små implanterede pumper kan indsprøjte stoffer direkte i hjernen

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology har udviklet en radikal ny måde at behandle neurodegenerative lidelser som Parkinsons sygdom, og det lyder ret freaking sci-fi. Deres procedure indebærer implantering af en tynd sonde forbundet til en lille pumpe i en patients hjerne, der leverer præcist målte og målrettede stoffer til bestemte hjerneområder. Mens denne hjerneimplantatpumpe er langt væk fra at blive installeret hos mennesker, har den vist et løfte i en indledende undersøgelse i forsøgsdyr, der behandler Parkinsons-lignende symptomer hos labrotter og aber.

MIT-forskerne offentliggjorde deres resultater i et papir på onsdag i tidsskriftet Science Translational Medicine. Hovedideen bag deres enhed, kaldet et "miniaturiseret neuralt lægemiddelafgivelsessystem" (MiNDS), er, at det præcist kan behandle specifikke klynger af neuroner uden at forårsage bivirkninger. Dette forbedrer ved tidligere metoder, der introducerer stoffer i cerebrospinalvæsken, hvilket også kan forårsage off-target-effekter.

For øjeblikket står mennesker, der lever med neurodegenerative tilstande som Parkinsons sygdom, tilsyneladende umulige alternativer: De kan enten lade deres sygdom komme fremad som symptomer som rysten og tab af balance forværres, eller de kan tage stoffer, der har utilsigtede, off-target-effekter. Disse dage er en af ​​de mest almindelige behandlinger for Parkinsons sygdom kombinationen af ​​lægemidler carbidopa og levodopa (sædvanligvis under navnet Sinemet), som kan lindre symptomer, men skaber også nogle langsigtede bivirkninger, som svækker patientens frivillige muskelbevægelse.

En af de store fordele ved hjerneimplantaterne, som undersøgelsens forfattere skriver, er, at det gør det muligt for læger at målrette meget specifikke funktionelle områder i hjernen så lidt som en kubik millimeter - om højden og længden af ​​et bogstav på US-penny. Ikke kun det, men de kan faktisk måle aktiviteten af ​​neuroner i det område, der behandles, hvilket gør det muligt for dem at overvåge et stofs virkninger og ændre stoffet i realtid.

De validerede deres koncept i rhesus macaque aber og rotter, først ved at fremkalde en parkinsonistisk stat - en hvor dopaminfrigivende neuroner er døde eller handicappede - hos begge dyr. De behandlede derefter tilstanden i aberne ved at indsprøjte kunstig cerebrospinalvæske ind i MiNDS-anordningen. Gennem eksperimenterne overvåger forskerne dyrets hjerneaktivitet ved hjælp af en wolframsond i enheden, hvilket viste at MiNDS-implantatet kunne eksplodere og hæmme specifikke neuroner.

"Vi viser her, at MiNDS kan kemisk modulere den lokale neuronale aktivitet og relateret adfærd i dyremodeller samtidig med at neuronal elektroencephalogram (EEG) aktivitet optages", skriv papirets forfattere.

Ideen om at en person kunne få et hjerneimplantat i stedet for at tage piller tre gange om dagen resten af ​​deres liv lyder godt, men denne radikale behandlingsprotokol giver også nogle vigtige problemer. Den mest oplagte er at implantering af en dyb hjerne medikamentafgivelsesenhed er invasiv som heck. Dette er ikke en simpel procedure som at få en tatovering eller en piercing; den foreslåede enhed trænger dybt ind i hjernevæv, hvilket rejser bekymringer for komplikationer, der kan opstå som et resultat af noget så komplekst som enheden fejl eller noget så enkelt som at bumpe dit hoved.

Desuden kan placeringen af ​​et fremmedlegeme i hjernevæv forårsage omgivende væv at blive betændt og potentielt dø. Forskerne arbejdede rundt om dette problem ved at bruge rustfrit stål og borosilicat (glas) som de vigtigste materialer til sonden, som de siger, forårsagede minimal skade på det omgivende væv i forsøgsdyrene efter otte ugers implantation.

Måske er det vigtigst, at kemisk inducerede Parkinson-lignende symptomer hos mus og aber er helt forskellige fra dem af den faktiske Parkinsons sygdom hos mennesker. Før MiNDS-enheden kan være overalt nær klar til mennesker, skal forskerne vise sin effektivitet mod Parkinsons sygdom.

For nu er det dog en fascinerende udvikling i det hurtigt voksende område af hjernemedicin.

Abstrakt: Nylige fremskridt inden for medicin til neurodegenerative sygdomme udvider mulighederne for at forbedre de svækkende symptomer, som patienterne får. Eksisterende farmakologiske behandlinger er dog ofte afhængige af systemisk lægemiddeladministration, hvilket resulterer i bred lægemiddelfordeling og dermed øget risiko for toksicitet. I betragtning af at mange centrale neurale kredsløb har subkubiske millimeter volumener og celle-specifikke egenskaber, er små mængder lægemiddeladministration i berørte hjerneområder med minimal diffusion og lækage afgørende. Vi rapporterer udviklingen af ​​et implanterbart, fjernstyrbart, miniaturiseret neuralt lægemiddelafgivelsessystem, der muliggør dynamisk tilpasning af terapi med præcis rumlig nøjagtighed. Vi demonstrerer, at denne enhed kemisk kan modulere lokal neuronaktivitet hos små (gnavere) og store (ikke-humane primater) dyremodeller samtidig med at det tillader optagelse af neurale aktiviteter for at muliggøre tilbagekoblingskontrol.