Nye små implanterte pumper kan injisere rusmidler direkte i hjernen

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology har utviklet en radikal ny måte å behandle neurodegenerative lidelser som Parkinsons sykdom, og det høres ganske freaking sci-fi. Deres prosedyre innebærer å implantere en tynn probe forbundet med en liten pumpe inn i pasientens hjerne som leverer nøyaktig målte og målrettede stoffer til bestemte hjerneområder. Mens denne hjerneimplantatpumpen er langt fra å bli installert hos mennesker, har den vist et løfte i en første undersøkelse i laboratoriedyr, som behandler Parkinsons-lignende symptomer i labrotter og aper.

MIT-forskerne publiserte sine funn i en avis på onsdag i tidsskriftet Science Translational Medicine. Hovedideen bak enheten, kalt et "miniaturisert neuralt legemiddelavgivelsessystem" (MiNDS), er at det nøyaktig kan behandle bestemte klynger av nevroner uten å forårsake bivirkninger. Dette forbedrer ved tidligere metoder som introduserer medikamenter i cerebrospinalvæsken, som også kan forårsake off-target-effekter.

For tiden står folk som lever med neurodegenerative tilstander som Parkinsons sykdom, tilsynelatende umulige alternativer: De kan enten la sykdommen utvikle seg som symptomer som tremor og tap av balanse forverres, eller de kan ta medikamenter som har utilsiktede, off-target-effekter. I disse dager er en av de vanligste terapiene for Parkinsons sykdom kombinasjonen av legemidler carbidopa og levodopa (vanligvis under merkenavnet Sinemet), som kan lindre symptomer, men skaper også noen langsiktige bivirkninger som svekker pasientens frivillige muskelbevegelse.

En av de store fordelene ved hjerneimplantatene, skriver forskernes forfattere, er at det gjør det mulig for leger å målrette mot svært spesifikke funksjonsområder i hjernen så lite som en kubikk millimeter - om høyden og lengden på ett brev på US-penny. Ikke bare det, men de kan faktisk måle aktiviteten til nevroner i området som blir behandlet, slik at de kan overvåke et stoffs effekter og endre stofflevering i sanntid.

De validerte sitt konsept i rhesus macaque aper og rotter, først ved å indusere en parkinsonsk state - en hvor dopaminfrigivende nevroner er døde eller deaktiverte - hos begge dyr. De behandlet deretter tilstanden i apene ved å injisere kunstig cerebrospinalvæske inn i MiNDS-enheten. Gjennom forsøkene fulgte forskerne dyrets hjerneaktivitet ved hjelp av en wolframsond i enheten, noe som viste at MiNDS-implantatet kunne opphisse og hemme bestemte neuroner.

"Vi viser at MiNDS kan kjemisk modulere lokal nevronaktivitet og relatert atferd i dyremodeller samtidig registrerer neuronal elektroencefalogram (EEG) aktivitet", skriv papirets forfattere.

Tanken om at en person kan få hjernimplantat i stedet for å ta piller tre ganger om dagen for resten av livet, lyder bra, men denne radikale behandlingsprotokollen gir også noen signifikante problemer. Den mest åpenbare er at implantering av en dyp hjerne-legemiddelleveringsenhet er invasiv som heck. Dette er ikke en enkel prosedyre som å få en tatovering eller en piercing; Den foreslåtte enheten trenger dypt inn i hjernevævet, noe som gir bekymringer for komplikasjoner som kan oppstå som et resultat av noe så komplisert som enhetsfeil eller noe så enkelt som å støte på hodet.

I tillegg kan plassering av et fremmedlegeme i hjernevæv føre til at omgivende vev blir betent og potensielt dør. Forskerne jobbet rundt dette problemet ved å bruke rustfritt stål og borosilikat (glass) som de viktigste materialene til sonden, som de sier, forårsaket minimal skade på omgivende vev i testdyrene etter åtte ukers implantasjon.

Kanskje viktigst er kjemisk induserte Parkinsons-lignende symptomer hos mus og aper ganske annerledes enn de av den faktiske Parkinsons sykdom hos mennesker. Før MiNDS-enheten kan være hvor som helst nær klar for mennesker, må forskerne demonstrere effektiviteten mot Parkinsons sykdom.

For nå er det imidlertid en fascinerende utvikling i det raskt voksende feltet hjernemedisin.

Abstrakt: Nylige fremskritt i medisiner for nevrogenerative forstyrrelser er å utvide mulighetene for å forbedre de sviktende symptomene som pasientene får. Eksisterende farmakologiske behandlinger er imidlertid ofte avhengige av systemisk legemiddeladministrasjon, noe som resulterer i bred narkotikafordeling og dermed økt risiko for toksisitet. Med tanke på at mange sentrale nevrale kretser har sub-kubikk millimeter volumer og celle-spesifikke egenskaper, er småvolum medisinadministrasjon i berørte hjerneområder med minimal diffusjon og lekkasje avgjørende. Vi rapporterer utviklingen av et implanterbart, fjernstyrbart, miniatyrisert neuralt legemiddelavgivelsessystem som muliggjør dynamisk justering av terapi med å bestemme romlig nøyaktighet. Vi demonstrerer at denne enheten kan kjemisk modulere lokal nevronaktivitet i små dyr (gnaver) og store (ikke-humane primater) dyremodeller, samtidig som det tillater opptak av nevral aktivitet for å muliggjøre tilbakemeldingskontroll.