Είναι η πρώτη φορά που αναπτύχθηκε ένα τσιπ εγκεφάλου από γραφένιο και η πρώτη φορά που δοκιμάζεται σε ανθρώπους. Και αυτό είναι μια διπλή είδηση!
Είδηση όμως αποτελεί και το γεγονός ότι το εξαιρετικά λεπτό αυτό τσιπ που υπόσχεται να φέρει ‘επανάσταση’ στη χειρουργική θεραπεία των όγκων του εγκεφάλου και όχι μόνο, φέρει την υπογραφή του χημικού μηχανικού Κώστα Κωσταρέλου, που θεωρείται ένας από τους πιο αναγνωρισμένους επιστήμονες παγκοσμίως στο πεδίο της νανοϊατρικής.
Τον περασμένο Σεπτέμβριο νευροχειρουργοί στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ τοποθέτησαν προσωρινά ένα εξαιρετικά λεπτό εμφύτευμα από γραφένιο σε επαφή με τον εγκέφαλο ασθενών εθελοντών. Το εμφύτευμα που μοιάζει με κολλητική ταινία και εφάπτεται πάνω στον εγκεφαλικό ιστό χωρίς να ενσωματώνεται, κατασκευάστηκε από την start-up εταιρεία του Καταλανικού Ινστιτούτου Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (ICN2) στη Βαρκελώνη, με την επωνυμία INBRAIN Neuroelectronics.
Την εταιρεία συνίδρυσε ο Κώστας Κωσταρέλος, που 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, μαζί με τον συνάδελφό του καθηγητή Jose Garrido, υποδιευθυντή του ICN2 και επικεφαλής της ομάδας Advanced Electronic Materials and Devices.
«Πρόκειται για έναν τύπο διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (σύστημα που στοχεύει στην σύνδεση του ανθρώπινου εγκεφάλου με υπολογιστή για το «διάβασμα» της δραστηριότητας των εγκεφαλικών νευρώνων) από γραφένιο, που είναι ένα υλικό 200 φορές πιο ισχυρό από το ατσάλι και με πάχος όσο το πάχος ενός ατόμου, το οποίο συλλέγει και αποκωδικοποιεί εγκεφαλικά σήματα χρησιμοποιώντας συχνότητες που προηγουμένως δεν μπορούσαν να ανιχνευθούν», εξηγεί ο καθηγητής Κωσταρέλος.
Όπως εξηγεί ο ίδιος, η χαρτογράφηση του εγκεφάλου είναι μια τεχνική που βοηθά στον προγραμματισμό χειρουργικών επεμβάσεων. Οι νευροχειρουργοί όταν αφαιρούν έναν όγκο στον εγκέφαλο χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια για να ελέγχουν τις εγκεφαλικές λειτουργίες στην περιοχή της εκτομής, έτσι ώστε να μπορούν να τον αφαιρέσουν με ασφάλεια χωρίς να επηρεάσουν την ικανότητα του ασθενούς να κινηθεί ή να μιλήσει μετεγχειρητικά.
Copyright © NanomedicineLab
Ο καθηγητής Κώστας Κωσταρέλος
Η INBRAIN Neuroelectronics, όπως και άλλες εταιρείες στον κόσμο, αυτή τη στιγμή αναπτύσσει διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI). Η εταιρεία πρωτοπορεί σε νευρωνικές τεχνολογίες με βάση το γραφένιο και κυρίως με την θεραπευτική πλατφόρμα διασύνδεσης εγκεφάλου-υπολογιστή BCI Therapeutics (BCI-Tx) που ανέπτυξε. Ο στόχος της πλατφόρμας είναι να διακρίνει τον υγιή από τον καρκινικό εγκεφαλικό ιστό με ακρίβεια μικρομετρικής κλίμακας, ανοίγοντας το δρόμο για προόδους τόσο στην νευρωνική αποκωδικοποίηση όσο και στην θεραπευτική εφαρμογή της.
«Η πλατφόρμα Intelligent Network Decoding & Modulation (BCI-Tx) της INBRAIN που βασίζεται σε γραφένιο, αξιοποιεί τις εξαιρετικές ιδιότητες αυτού του μονοστρωματικού υλικού από άνθρακα. Παρά το γεγονός ότι το γραφένιο είναι το λεπτότερο γνωστό υλικό στην επιστήμη, είναι ισχυρότερο από τον χάλυβα και διαθέτει έναν μοναδικό συνδυασμό ηλεκτρονικών και μηχανικών ιδιοτήτων που το καθιστούν ιδανικό για καινοτομία στη νευροτεχνολογία. Η πλατφόρμα μας έχει αποσπάσει τον χαρακτηρισμό Breakthrough Device για τη νόσο του Πάρκινσον από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) των ΗΠΑ και τώρα στην κλινική δοκιμή που “τρέχει” στο Μάντσεστερ χρησιμοποιείται για την οριοθέτηση εγκεφαλικών όγκων (την διάκριση των καρκινικών κυττάρων από τα υγιή κύτταρα), ώστε να διασφαλιστεί ότι η χειρουργική επέμβαση σε όγκους του εγκεφάλου κατευθύνεται με πολύ ακριβή τρόπο», προσθέτει ο Δρ Κωσταρέλος.
Ένα τσιπ που “φοριέται” σαν γάντι πάνω στον εγκέφαλο
Ο καθηγητής Κωσταρέλος περιγράφει το εμφύτευμα ως ένα υπερβολικά λεπτό διαφανές φιλμ που ‘κάθεται’ τέλεια στην επιφάνεια του εγκεφάλου, που έχει το μισό πάχος από μια ανθρώπινη τρίχα και που περιέχει 64 μικροσκοπικά σημεία επαφών (κουκίδες γραφενίου) με μέγεθος μόλις 25 μικρόμετρα το καθένα, αλλά και 12 διεγέρτες που μπορούν να προσφέρουν εστιασμένη διέγερση.
«Σε μια επέμβαση αφαίρεσης εγκεφαλικού όγκου η χρήση των ηλεκτροδίων αποβλέπει στον διαχωρισμό των ορίων του όγκου μέσα από ηλεκτροφυσιολογικά σήματα του εγκεφαλικού ιστού και, ως εκ τούτου, στον εντοπισμό του ορίου εκτομής. Ο σκοπός είναι να βρει κάποιος το σημείο εκτομής με όσο μεγαλύτερη ακρίβεια και εκεί ακριβώς να κάνει τοπική διέγερση και να δει ποιοι νευρώνες εμπλέκονται σε λειτουργίες που δεν θέλει να πάρει το ρίσκο της αφαίρεσης. Όσο πιο ακριβής καθορισμός του ορίου εκτομής παρέχεται, τόσο περισσότερη ιατρική ακριβείας εφαρμόζεται. Τα ηλεκτρόδια που ήδη χρησιμοποιούνται σήμερα στην κλινική πράξη έχουν μόνο 4 μεταλλικές επαφές πάνω σε ένα υπόστρωμα σιλικόνης με τις οποίες δεν μπορεί κάποιος να εφαρμόσει ιατρική ακριβείας. Το τσιπάκι γραφενίου που αναπτύξαμε έχει 64 επαφές (κουκίδες) και στο μέλλον φιλοδοξούμε να έχει πολλαπλάσιες!».
Όπως λέει ο καθηγητής, η εμπορική έκδοση της συσκευής θα εμπεριέχει πάρα πολλές επαφές γραφενίου γιατί όσο περισσότερες είναι οι επαφές, τόσο περισσότερα δεδομένα μπορούν να καταγραφούν από τον εγκέφαλο. Επειδή οι κουκίδες γραφενίου (επαφές) είναι τόσο μικρές, η συσκευή μπορεί επίσης να προσφέρει διέγερση με πολύ μεγάλη ακρίβεια και ευαισθησία. Η μελέτη έχει επίσης στόχο να αποδείξει την υπεροχή του γραφενίου έναντι άλλων υλικών στην αποκωδικοποίηση της λειτουργικότητας του εγκεφάλου σε κατάσταση εγρήγορσης ή αναισθησίας αλλά και σε κατάσταση ύπνου.
Το εμφύτευμα έχει ήδη δοκιμαστεί σε δυο άτομα και δοκιμάστηκε και σε έναν τρίτο ασθενή την περασμένη βδομάδα. Η πρώτη αυτή μελέτη της INBRAIN σε άνθρωπο θα συμπεριλάβει συνολικά 8-10 γυναίκες και άνδρες ασθενείς.
«Προτεραιότητα της συγκεκριμένης μελέτης, η οποία έχει κυρίως χρηματοδοτηθεί από το έργο Graphene Flagship της Ευρωπαϊκής Επιτροπής είναι να καταδείξει την ασφάλεια του γραφενίου για χρήση στον ανθρώπινο εγκέφαλο, καθώς δεν έχει επιχειρηθεί ξανά η άμεση επαφή αυτού του υλικού με ζωντανό ανθρώπινο ιστό», εξηγεί ο Έλληνας μηχανικός.
Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός πως μέχρι στιγμής η INBRAIN Neuroelectronics πρωτοπορεί στη νευρολογία ακριβείας σε πραγματικό χρόνο με την πρώτη στον κόσμο θεραπευτική πλατφόρμα διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) που βασίζεται σε γραφένιο. Στο δε, συμβούλιο της εταιρείας συμμετέχει ο Νομπελίστας Sir Kostya Novoselov, ο οποίος απομόνωσε για πρώτη φορά σταθερό γραφένιο στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ.
«Η τεχνολογία μας συνδυάζει ακριβή αποκωδικοποίηση μέσω BCI με μικρομετρική διαμόρφωση για να προσφέρει προσαρμοστικές, εξατομικευμένες θεραπείες για καταστάσεις όπως η νόσος του Πάρκινσον, η επιληψία και η αποκατάσταση από εγκεφαλικό. Παρέχοντας συνεχή παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο και αυτόνομες προσαρμογές θεραπείας, ελπίζουμε η πλατφόρμα μας να μεγιστοποιήσει τα θεραπευτικά αποτελέσματα ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις μετεγχειρητικές παρενέργειες», καταλήγει ο καθηγητής Κωσταρέλος.
Αξίζει να αναφερθεί πως η INBRAIN Neuroelectronics, τον περασμένο Οκτώβριο εξασφάλισε έναν δεύτερο γύρο χρηματοδότησης 50 εκατομμυρίων δολαρίων, συγκεντρώνοντας από την αρχή της ίδρυσής της το 2020, το συνολικό ποσό των 68 εκατομμυρίων δολαρίων. Η INBRAIN εξασφάλισε παράλληλα και πρόσθετη χρηματοδότηση 30 εκατομμυρίων και υποστήριξη από την Γερμανική πολυεθνική φαρμακευτική εταιρεία και όμιλο Merck KgaA, για να προωθήσει την κλινική ανάπτυξη της τεχνολογίας της στους θεραπευτικούς τομείς ενδιαφέροντος της Merck. Αυτή η συνεργασία θα ενισχύσει τη μετάφραση της πλατφόρμας της INBRAIN σε ανθρώπινη χρήση, επεκτείνοντας τον αντίκτυπό της σε εφαρμογές τόσο στο κεντρικό όσο και στο περιφερικό νευρικό σύστημα.
