Με συγκρατημένο ενθουσιασμό μου μιλάει από την Βαρκελώνη, όπου βρίσκεται, ο Κώστας Κωσταρέλος για την υψηλού κύρους χρηματοδότηση Synergy Grants 2024, του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας (ERC), ύψους 10 εκατομμυρίων που μόλις απέσπασε το πρόγραμμα SKIN2DTRONICS στο οποίο συμμετέχει.
Και δικαίως είναι συγκρατημένος γιατί στην περίπτωση του, η χρηματοδότηση στοχεύει στην συν-δημιουργία εμφυτεύσιμων ηλεκτρονικών συσκευών βασισμένων σε δισδιάστατα υλικά που θα παρακολουθούν την επανεμφάνιση ενός από τους πιο επιθετικούς τύπους καρκίνου του εγκεφάλου (το γλοιοβλάστωμα), που κάθε άλλο παρά μια εύκολη υπόθεση είναι.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
Ο Έλληνας χημικός μηχανικός είναι καθηγητής Νανοϊατρικής στο Κέντρο Ιατρικής Νανοτεχνολογίας και επικεφαλής του Nanomedicine Lab, στο Καταλανικό Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (ICN2) στη Βαρκελώνη, καθώς και ιδρυτής και μέλος του Κέντρου Νανοτεχνολογίας στην Ιατρική του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Θεωρείται ένας από τους κορυφαίους επιστήμονες παγκοσμίως στο πεδίο της νανοϊατρικής, και η έρευνά του συνδυάζει τη νανοτεχνολογία, την εμβιομηχανική, τη φαρμακολογία και τη μετάφρασή τους σε ιατρικά «εργαλεία». Το εργαστήριό του έχει μια μακρά ιστορία στην ανάπτυξη λιποσωμάτων, κολλοειδών νανοσωματιδίων, φυσικών και συνθετικών μακρομορίων και καινοτόμων νανοϋλικών ως συστήματα φορέων για θεραπευτικές και διαγνωστικές εφαρμογές.
Καλύπτοντας βασικές κλινικές ανάγκες
Το έργο SKIN2DTRONICS που θα αναπτύξει ο Δρ Κωσταρέλος μαζί με τους καθηγητές Gianluca Fiori από το πανεπιστήμιο της Πίζας, Andrés Castellanos από το Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών της Μαδρίτης και Andras Kis από την Πολυτεχνική Σχολή της Λοζάνης στην Ελβετία θα επιχειρήσει να καλύψει μια σημαντική κλινική ανάγκη. Την ανάγκη παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο της ανάπτυξης και υποτροπής των όγκων του εγκεφάλου μετά από χειρουργική επέμβαση.
Όπως μου εξηγεί ο ίδιος, την τελευταία 10ετία στο εργαστήριό του αναπτύσσει με την ομάδα του προηγμένα εμφυτεύσιμα τσιπ εγκεφάλου για χαρτογράφηση και παρακολούθηση του πολύτιμου αυτού οργάνου, δίνοντας έμφαση κλινικά σε πρώτη φάση στην διαχείριση της χειρουργικής αφαίρεσης του όγκου του εγκεφάλου.
Στο πεδίο της Νευροτεχνολογίας η τάση είναι η ανάπτυξη εμφυτεύσιμων συσκευών με μαλακά και εύκαμπτα υλικά που να είναι όσο το δυνατόν πιο συμβατά με την αρχιτεκτονική του εγκεφάλου δηλ. με την επιφανειακή του δομή που δεν είναι λεία, αλλά και με την ελαστικότητά του.
«Επιδιώκουμε την ανάπτυξη τσιπ εγκεφάλου που να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στα χαρακτηριστικά του εγκεφαλικού ιστού, ώστε ο ιστός να μην τα αναγνωρίζει ως ξένα και τα απορρίπτει ή να μην δημιουργεί γύρω τους μια ινώδη κάψουλα που δυσκολεύει την λειτουργικότητά τους ή εφόσον την δημιουργεί να είναι τουλάχιστον όσο πιο λεπτή γίνεται. Η τελευταία γενιά τέτοιων υλικών έχει παραχθεί στο εργαστήριο. Έχουμε δημιουργήσει λεπτά και εύκαμπτα τσιπ που προσαρμόζονται σαν γάντι πάνω στον εγκέφαλο», σχολιάζει ο καθηγητής.
Με το βλέμμα στην επόμενη γενιά των τσιπ εγκεφάλου
Η βασική πρόκληση στο SKIN2DTRONICS ή αν μπορεί να πει κάποιος, στην επόμενη γενιά των εμφυτευμάτων που θα προχωρήσουν τεχνολογικά τα τσιπ εγκεφάλου που βρίσκονται σε κλινικές δοκιμές σήμερα, είναι η ενσωμάτωση μαλακών και λεπτών ηλεκτρονικών νανοσυσκευών με περισσότερες από 1000 επαφές, σε εξαιρετικά εύκαμπτα υποστρώματα που μοιάζουν με το δέρμα, για να παραχθεί ένα πλήρως εμφυτεύσιμο κύκλωμα ανίχνευσης και επεξεργασίας εγκεφαλικού σήματος.
Τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιούνται σήμερα στα κλινικά εμφυτεύματα έχουν μόνο 4 έως 6 μεταλλικές επαφές πάνω σε ένα παχύ υπόστρωμα σιλικόνης με τις οποίες δεν μπορεί να εφαρμοστεί ιατρική ακριβείας. Όσο περισσότερες επαφές έχει το τσιπ, τόσα περισσότερα δεδομένα μπορούν να καταγραφούν από τον εγκέφαλο.
«Εμείς θα επιδιώξουμε να πάμε beyond flexibility (πέρα από την ευελιξία) στο ultra conformability (σε ελεύθερη απόδοση υπερσυμβατότητα με απόλυτη εφαρμογή). Θέλουμε να αναπτύξουμε μια πλατφόρμα που να είναι τόσο μαλακή και εύκαμπτη ώστε να κολλάει πάνω στον ιστό σαν φιλμ χωρίς να ενσωματώνεται. Δεν θέλουμε δηλαδή να γίνεται ένα με τον ιστό, αλλά όσο το δυνατόν πιο βιοσυμβατή και προσαρμόσιμη για να λειτουργούν καλύτερα οι επαφές», εξηγεί ο Δρ Κωσταρέλος.
Αφού αναπτυχθεί η πλατφόρμα το δεύτερο στοιχείο είναι οι επαφές των τσιπ που εφάπτονται του ιστού ή που τον «διαβάζουν». Σε αυτό το πρότζεκτ η ομάδα των ερευνητών θα χρησιμοποιήσει δισδιάστατα υλικά. Και εδώ ακριβώς έγκειται η δυσκολία, αλλά και η πρωτοπορία του εγχειρήματος.
«Αν σχεδιάσουμε ένα εμφύτευμα, όπως σκοπεύουμε στο SKIN2DTRONICS, με το οποίο θέλουμε να ‘διαβάσουμε’ τον ιστό τότε χρειαζόμαστε όσο το δυνατόν περισσότερες επαφές, αλλά και όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ευαισθησία στη λήψη σημάτων. Αν τα βάλεις και τα δυο πάνω στο σχεδιαστικό τραπέζι τότε αντιλαμβάνεσαι τη δυσκολία. Ωστόσο, αυτό είναι και το προοδευτικό κομμάτι της πρότασης: να πάρεις ένα υπερ-συμβατό υπόστρωμα, να τοποθετήσεις επαφές από δισδιάστατα υλικά, να τις πολλαπλασιάσεις κιόλας και όλα αυτά να τα ενσωματώσεις σε ένα εμφύτευμα. Σε επόμενο στάδιο όλο αυτό να λειτουργεί χωρίς καλώδια (wireless). Όλα τα ηλεκτρονικά πάνω στην ίδια πλατφόρμα!».
Και ποια θα είναι η χρήση της πλατφόρμας;
Σε ασθενείς με γλοιοβλάστωμα συνήθως αφαιρείται ο όγκος στο σημείο εμφάνισής του. Σε ένα μεγάλο ποσοστό οι ίδιοι ασθενείς μέσα σε 6 μήνες ως ένα χρόνο εμφανίζουν τον ίδιο πρωτογενή όγκο στην περιφέρεια του εγχειρητικού ορίου. Η διαχείριση του νέου όγκου είναι δύσκολη, είτε γιατί γίνεται αντιληπτός όταν έχει ήδη προχωρήσει, είτε γιατί αναπτύσσεται σε σημείο όπου δεν μπορεί να γίνει εγχείρηση ξανά.
«Σε ένα στιγμιότυπο από το μέλλον, στο κενό που θα παραμένει μετά την αφαίρεση του όγκου θα τοποθετείται το τσιπ με τη μορφή ενός λεπτού φιλμ που θα αναπτυχθεί μέσω του έργου SKIN2DTRONICS, το οποίο αφού εφαρμόσει τέλεια στον ιστό της τομής, θα αρχίσει να παρέχει μετρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την θερμοκρασία, το pH ή με αλλαγές στη μηχανική του ιστού. Τυχόν αλλαγές σε αυτούς τους βιοφυσικούς δείκτες θα υποδεικνύουν ότι αρχίζει να ξαναδημιουργείται καρκίνος, ο οποίος πιθανώς μπορεί να προληφθεί εν τη γενέσει του», εξηγεί ο Δρ Κωσταρέλος.
Ο ίδιος διευκρινίζει πως το συγκεκριμένο έργο δεν επιδιώκει την ανάπτυξη μιας εμφυτεύσιμης συσκευής που θεραπεύει τον όγκο του εγκεφάλου, αλλά μια συσκευής ‘επαγρύπνησης’ και συνεχούς παρακολούθησης. Σε περίπτωση που ο ιστός παρουσιάσει σημάδια επανεμφάνισης όγκου, τότε θα αναλαμβάνουν άμεσα δράση οι νευρο-ογκολόγοι και οι νευροχειρούργοι. Η τεχνολογία μπορεί να έχει μελλοντικά και πιο ευρείες εφαρμογές όπου χρειάζεται άμεση και συνεχής παρακολούθηση ιστών.
Αξίζει να σημειωθεί πως οι υψηλού κύρους και ανταγωνιστικότητας χρηματοδοτήσεις ERC Synergy Grant 202 υποστήριξαν 57 έργα-ανάμεσα τους και το SKIN2DTRONICS- από 548 προτάσεις που υποβλήθηκαν. Τα έργα που θα αντιμετωπίσουν μερικά από τα πιο σύνθετα επιστημονικά προβλήματα της εποχής μας, καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα επιστημονικών κλάδων και περιλαμβάνουν 201 ερευνητές από 184 πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα σε 24 χώρες σε όλη την Ευρώπη και όχι μόνο.
