Tek fiberde kayıt, ışık ve ilaç: mAxialtrode beyin implantı geliştirildi

Danimarka Teknik Üniversitesi (DTU), Kopenhag Üniversitesi ve University College London (UCL) araştırmacıları, beyin araştırmalarında birden fazla cihazla gerçekleştirilen işlevleri tek bir implantta birleştiren 'Mikroakışkan Axialtrode' (mAxialtrode) teknolojisini geliştirdi. 

Doçent Christos Markos ile doktora sonrası araştırmacı Kunyang Sui liderliğinde tasarlanan ve Advanced Science dergisinde yayımlanan sistem, beynin farklı derinliklerinde elektriksel sinir aktivitesini kaydedebiliyor, optogenetik ışık uyarımı uygulayabiliyor ve belirlenen bölgelere lokal ilaç iletebiliyor.

ÜÇ İŞLEV

mAxialtrode, epilepsi, hafıza bozuklukları ve karar verme mekanizmaları gibi karmaşık sinirsel süreçlerin araştırılmasında kullanılan farklı teknikleri tek bir yapı altında topluyor. Geleneksel yaklaşımlarda elektriksel kayıt, ışıkla uyarım ve ilaç uygulaması için ayrı cihazların beyne yerleştirilmesi gerekebilirken, geliştirilen sistem bu üç işlemi aynı fiber üzerinden yapabiliyor. Böylece birden fazla implant kullanımından kaynaklanan deneysel karmaşıklığın ve beyin dokusuna yönelik müdahalenin azaltılması hedefleniyor.

ESNEK POLİMER YAPI

Geleneksel beyin implantlarının önemli bölümü silikon veya sert metal malzemelerden üretilirken, bu yapıların uzun süreli kullanımda dokuda tahriş ve inflamatuar reaksiyonlara yol açabilmesi nöroteknoloji alanındaki temel sorunlardan biri olarak görülüyor. mAxialtrode ise büyük bir polimer çubuğun kontrollü biçimde ısıtılıp çekilmesine dayanan 'thermal drawing' yöntemiyle üretiliyor.

İşlem sonunda çapı yarım milimetrenin altına inen, plastik benzeri ve esnek bir optik fiber ortaya çıkıyor. Dokuyla birlikte hareket edebilen bu yapı, sert implantlara göre farklı bir mekanik uyum sağlıyor.

SEKİZ MİKROKANAL

Fiberin merkezinde ışığı ileten bir çekirdek bulunurken bu yapının çevresinde sekiz mikroskobik kanal yer alıyor. Kanallar hem sıvıların hedeflenen bölgelere taşınmasını sağlıyor hem de saç teli inceliğindeki metal kayıt tellerini barındırıyor.

Cihazın özel olarak açılı tasarlanan ucu, beyne yerleştirme sırasında oluşabilecek doku hasarını azaltmayı amaçlıyor. Aynı tasarım, implantın tek bir noktadan ölçüm yapmak yerine beynin farklı derinliklerindeki bölgelerle eşzamanlı olarak etkileşime girmesine imkan veriyor.

CANLI FARE TESTİ

Kopenhag Üniversitesi’nden Doçent Rune W. Berg ve UCL’den Doçent Rob C. Wykes’in katkısıyla yürütülen 'in vivo' deneylerde sistem canlı farelerin beynine yerleştirildi. Harici ışık kaynakları, kayıt üniteleri ve mikro pompalarla bağlantılı çalışan mAxialtrode, mavi ve kırmızı ışık kullanarak sinir hücrelerini uyarırken aynı anda serebral korteks ve hipokampus gibi daha derin bölgelerden elektriksel aktivite kaydı yaptı. Araştırmacılar böylece sistemin aynı anda optik uyarım ve sinirsel kayıt yapabildiğini gösterdi.

HEDEFLİ İLAÇ İLETİMİ

Deneylerde mAxialtrode’un farklı maddeleri üç milimetreye varan derinlik farklarına sahip hedef bölgelere iletebildiği de gösterildi. Tek bir hafif fiber üzerinden elektriksel kayıt, optik uyarım ve lokal sıvı enjeksiyonunun birlikte gerçekleştirilebilmesi, sistemin özellikle epilepsi ve derin beyin araştırmalarında kullanılmasına yönelik klinik öncesi bir doğrulama sağladı. Çalışmada farelerde implant kullanımına bağlı fizyolojik bir rahatsızlık belirtisi gözlenmediği de bildirildi.

PATENT VE KLİNİK

Araştırma ekibi, mAxialtrode teknolojisinin fikri mülkiyetini korumak amacıyla uluslararası patent başvurularını yürütüyor. Bir sonraki hedef, sistemin araştırma laboratuvarlarından klinik uygulamalara ve hasta tedavisine taşınması. Bunun için daha kapsamlı güvenlik testlerinin tamamlanması, gerekli düzenleyici onayların alınması ve ticari üretim standartlarının oluşturulması gerekiyor.

Elektriksel ve optik uyarımı lokal ilaç iletimiyle tek yapıda birleştiren teknolojinin, ilerleyen aşamalarda epilepsi, Parkinson ve diğer nörolojik hastalıklara yönelik araştırma ve tedavi çalışmalarında değerlendirilmesi hedefleniyor.