Μηχανικοί στο MIT έχουν αναπτύξει μαλακές και εμφυτεύσιμες ίνες που μπορούν να μεταδώσουν φως στα κύρια νεύρα μέσω του σώματος. Όταν αυτά τα νεύρα υποβάλλονται σε γενετική επεξεργασία για να ανταποκρίνονται στο φως, οι ίνες μπορούν να στείλουν παλμούς φωτός στα νεύρα για να αναστείλουν τον πόνο. Οι οπτικές ίνες είναι εύκαμπτες και τεντώνονται με το σώμα.
Οι νέες ίνες προορίζονται ως ένα πειραματικό εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από επιστήμονες για να διερευνήσουν τις αιτίες και τις πιθανές θεραπείες για διαταραχές των περιφερικών νεύρων σε ζωικά μοντέλα. Ο πόνος στα περιφερικά νεύρα μπορεί να εμφανιστεί όταν τα νεύρα έξω από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό έχουν υποστεί βλάβη, με αποτέλεσμα μυρμήγκιασμα, μούδιασμα και πόνο στα προσβεβλημένα άκρα. Η περιφερική νευροπάθεια υπολογίζεται ότι επηρεάζει περισσότερους από 20 εκατομμύρια ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες.
«Οι τρέχουσες συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη νευρικών διαταραχών είναι κατασκευασμένες από άκαμπτα υλικά που περιορίζουν την κίνηση, έτσι ώστε να μην μπορούμε να μελετήσουμε πραγματικά τραυματισμό και ανάρρωση του νωτιαίου μυελού εάν υπάρχει πόνος», λέει ο Siyuan Rao, επίκουρος καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης. “Οι ίνες μας μπορούν να προσαρμοστούν στη φυσική κίνηση και να κάνουν τη δουλειά τους χωρίς να περιορίζουν την κίνηση του θέματος. Αυτό μπορεί να μας δώσει πιο ακριβείς πληροφορίες.”
«Τώρα, οι άνθρωποι έχουν ένα εργαλείο για να μελετούν τις ασθένειες που σχετίζονται με το περιφερικό νευρικό σύστημα, σε πολύ δυναμικές, φυσικές και απεριόριστες συνθήκες», προσθέτει ο Xinyue Liu Ph.D. ’22, ο οποίος είναι τώρα επίκουρος καθηγητής στο Michigan State University (MSU). Λεπτομέρειες για τις νέες ίνες της ομάδας τους αναφέρονται σε μια μελέτη που εμφανίζεται στο Nature Methods. Οι συν-συγγραφείς του MIT του Rao και του Liu περιλαμβάνουν τον Atharva Sahasrabudhe, έναν μεταπτυχιακό φοιτητή στη χημεία.
Πέρα από τον εγκέφαλο
Η νέα μελέτη προέκυψε από την επιθυμία της ομάδας να επεκτείνει τη χρήση της οπτογενετικής πέρα από τον εγκέφαλο. Η οπτογενετική είναι μια τεχνική με την οποία τα νεύρα κατασκευάζονται γενετικά για να ανταποκρίνονται στο φως. Η έκθεση σε αυτό το φως μπορεί στη συνέχεια είτε να ενεργοποιήσει είτε να αναστείλει το νεύρο, κάτι που μπορεί να δώσει στους επιστήμονες πληροφορίες για το πώς λειτουργεί το νεύρο και αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του.
Οι νευροεπιστήμονες έχουν εφαρμόσει την οπτογενετική σε ζώα για να εντοπίσουν με ακρίβεια τις νευρικές οδούς που υποκρύπτουν μια σειρά εγκεφαλικών διαταραχών, όπως ο εθισμός, η νόσος του Πάρκινσον και οι διαταραχές της διάθεσης και του ύπνου – πληροφορίες που οδήγησαν σε στοχευμένες θεραπείες για αυτές τις καταστάσεις.
Μέχρι σήμερα, η οπτογενετική έχει χρησιμοποιηθεί κυρίως στον εγκέφαλο, μια περιοχή που στερείται υποδοχέων πόνου, γεγονός που επιτρέπει τη σχετικά ανώδυνη εμφύτευση άκαμπτων συσκευών. Ωστόσο, οι άκαμπτες συσκευές μπορούν ακόμα να βλάψουν τους νευρικούς ιστούς. Η ομάδα του MIT αναρωτήθηκε εάν η τεχνική θα μπορούσε να επεκταθεί σε νεύρα έξω από τον εγκέφαλο. Ακριβώς όπως με τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό, τα νεύρα στο περιφερικό σύστημα μπορεί να εμφανίσουν μια σειρά από βλάβες, συμπεριλαμβανομένης της ισχιαλγίας, της νόσου των κινητικών νευρώνων και γενικού μούδιασμα και πόνο.
Η οπτογενετική θα μπορούσε να βοηθήσει τους νευροεπιστήμονες να εντοπίσουν συγκεκριμένες αιτίες παθήσεων των περιφερικών νεύρων καθώς και να δοκιμάσουν θεραπείες για την ανακούφισή τους. Αλλά το κύριο εμπόδιο για την εφαρμογή της τεχνικής πέρα από τον εγκέφαλο είναι η κίνηση. Τα περιφερικά νεύρα βιώνουν συνεχή ώθηση και έλξη από τους γύρω μύες και ιστούς. Εάν χρησιμοποιούνταν συσκευές άκαμπτου πυριτίου στην περιφέρεια, θα περιόριζαν τη φυσική κίνηση ενός ζώου και ενδεχομένως θα προκαλούσαν βλάβη στους ιστούς.