Μια ίνα τόσο λεπτή όσο μια ανθρώπινη τρίχα, αλλά με δυνατότητες που ανοίγουν νέους δρόμους στην ιατρική και στη βιοηλεκτρονική. Αυτή είναι η NeuroString, η πιο πρόσφατη καινοτομία που παρουσίασε μια ερευνητική ομάδα του Stanford, συνδυάζοντας τεχνολογία αιχμής με την ιατρική πράξη. Η συσκευή αυτή, με διάμετρο μόλις ένα τέταρτο του χιλιοστού, μπορεί να φιλοξενήσει εκατοντάδες ή και χιλιάδες ανεξάρτητα ηλεκτρονικά κανάλια, ικανά να καταγράφουν, να διεγείρουν ή να παρακολουθούν βιολογικές λειτουργίες με ακρίβεια που μέχρι σήμερα φαινόταν αδύνατη.
Η ιδέα γεννήθηκε μέσα από ένα πραγματικό ιατρικό πρόβλημα. Ο παιδοχειρουργός James Dunn, καθηγητής Ιατρικής στο Stanford, αναζητούσε τρόπους να βοηθήσει παιδιά με το σύνδρομο short gut, μια σπάνια συγγενή πάθηση που τα αφήνει με μικρό έντερο. Ο ίδιος εργαζόταν ήδη στην κατεύθυνση ανάπτυξης νέου εντερικού ιστού μέσω μηχανικής διάτασης, αλλά του έλειπε ο τρόπος να αποδείξει ότι ο νέος ιστός λειτουργεί όπως ο φυσιολογικός. Η λύση ήρθε όταν απευθύνθηκε στη Zhenan Bao, διακεκριμένη καθηγήτρια Χημικής Μηχανικής, γνωστή για τα εύκαμπτα κυκλώματα που μιμούνται το ανθρώπινο δέρμα. Από αυτή τη συνεργασία γεννήθηκε η NeuroString.
Η NeuroString λειτουργεί σαν ένα ηλεκτρονικό πολυεργαλείο σε μορφή νήματος. Κάθε κανάλι μπορεί να ανιχνεύσει νευροχημικές ουσίες, να παρακολουθήσει κινήσεις του εντέρου, να διεγείρει μυς ή νεύρα, ακόμη και να καταγράψει τη δραστηριότητα ενός μόνο νευρώνα. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, περιγράφει λεπτομερώς τον σχεδιασμό και τις δυνατότητες της συσκευής.
Όπως εξηγεί ο Xiang Qian, συνδιευθυντής του eWear Initiative και ειδικός στη νευροδιέγερση για την αντιμετώπιση χρόνιου πόνου, οι σημερινές κλινικές λύσεις βασίζονται σε δύσχρηστες, άκαμπτες βελόνες ή σύρματα με περιορισμένες δυνατότητες. Η NeuroString, αντίθετα, είναι ταυτόχρονα εξαιρετικά εύκαμπτη, βιοσυμβατή και αρκετά λεπτή ώστε να μπορεί να παραμένει στο σώμα για μήνες χωρίς να προκαλεί ενοχλήσεις ή βλάβες.
Η ομάδα της Bao ανέπτυξε μια πρωτοποριακή τεχνική κατασκευής. Ξεκινώντας με ένα λεπτό, διάφανο φιλμ πάνω στο οποίο τοποθετούνται ηλεκτρονικές διατάξεις, το φιλμ τυλίγεται σε σπειροειδή μορφή ώστε να δημιουργηθεί η ίνα. Έτσι, οι αισθητήρες παραμένουν στην επιφάνεια, ενώ τα καλώδια προστατεύονται στο εσωτερικό. Χάρη σε αυτή την τεχνική, η ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει NeuroString με 1280 ξεχωριστά κανάλια, αριθμός που μπορεί να αυξηθεί ακόμη περισσότερο με μεγαλύτερα μήκη ίνας.
Για να αποδείξουν την αξία της εφεύρεσης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη NeuroString για να παρακολουθήσουν τη λειτουργία του εντέρου σε χοίρους, αλλά και τη δραστηριότητα μεμονωμένων νευρώνων σε ποντίκια, σε διάστημα τεσσάρων μηνών. Για τον Dunn, η δυνατότητα να μετρήσει σε πραγματικό χρόνο τις συσπάσεις του εντέρου και άλλες βασικές λειτουργίες χωρίς να τις διακόπτει είναι επαναστατική.
Οι εφαρμογές, όμως, δεν περιορίζονται στη γαστρεντερολογία. Οι ερευνητές προβλέπουν ότι η NeuroString θα μπορούσε να οδηγήσει σε βρώσιμα «ρομποτικά χάπια» για διάγνωση στο πεπτικό σύστημα ή σε υπερλεπτά ενδοσκόπια. Ο Qian θεωρεί ότι η συσκευή μπορεί να ανοίξει τον δρόμο για τεχνικές νευροδιέγερσης «κλειστού βρόχου», όπου η ίδια η ίνα θα εντοπίζει παθολογικά ηλεκτρικά σήματα και θα παρεμβαίνει άμεσα για να τα εξουδετερώνει. Αυτό σημαίνει μικρότερες, ασφαλέστερες και πιο στοχευμένες θεραπείες σε σχέση με τα σημερινά εργαλεία.
Επιπλέον, η NeuroString θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως αγωγός για στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, όπως μια εμφυτεύσιμη αντλία ινσουλίνης που ανιχνεύει τα επίπεδα σακχάρου και απελευθερώνει ινσουλίνη ακριβώς όταν χρειάζεται, μιμούμενη τη λειτουργία του παγκρέατος. Στις νευροεπιστήμες, θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην οπτογενετική, παρέχοντας φως σε νευρώνες και μετρώντας ταυτόχρονα τις αντιδράσεις τους για βελτιστοποίηση των πειραμάτων.
Οι δυνατότητες δεν σταματούν μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Η Bao βλέπει τη NeuroString να ανοίγει τον δρόμο για «έξυπνα» υφάσματα, φορητές συσκευές και μαλακή ρομποτική. Μια ίνα που μπορεί να ενσωματώνεται σε υλικά και να τα μετατρέπει σε ενεργά, αλληλεπιδρώντα συστήματα.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει και η εφαρμογή της σε οργανοειδή – μικροσκοπικά εργαστηριακά «μίνι-όργανα» που μιμούνται τον ανθρώπινο ιστό. Στο πλαίσιο του Brain Organogenesis Program, η Bao και η ομάδα της συνεργάστηκαν με τον Xiaoke Chen για να αναπτύξουν μια πρώιμη έκδοση της NeuroString με έναν αισθητήρα. Στόχος είναι η εισαγωγή τέτοιων λεπτών ηλεκτρονικών μέσα στα οργανοειδή ώστε να παρακολουθείται η ανάπτυξή τους και να παρέχονται πολύτιμα δεδομένα για παθήσεις όπως η κατάθλιψη ή η νόσος του Parkinson.
[via]
