Vetenskap & Hälsa

Nanoelektroder en revolution för behandling i hjärnan

2017-04-27
Nervcell (grön), gliacell (röd) och en av NRC-forskarnas elektroder. Längst ner ses den öppning där det material som gjort elektroden styv ska kunna sippra ut efter införandet. Där ska också, hoppas man, nervceller kunna docka till elektroden. De sicksackformade utsidorna är tänkta att bl.a. förankra elektroden i vävnaden. (Illustration: NRC)

Sjögräslika elektroder som böjer sig mjukt när hjärnans vävnad rör sig. De är klädda med ett material som inte retar upp immunsystemet, och förs in på ett så mjukt sätt att det påverkar nervcellerna så lite som möjligt. Inuti sig kan elektroderna ha både elektronik, optik, gener och läkemedel med vars hjälp man kan både studera hjärnans processer och behandla neurologiska sjukdomar och kronisk smärta.

Det är visionen för den tvärvetenskapliga forskningsenheten Neuronano Research Center. NRC startade med anslag från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse 2005 och blev kort därefter en av Vetenskapsrådets så kallade Linnémiljöer. Efter en positiv femårsutvärdering fick man ökade anslag från VR och sedan stöd från LU.

Nu har neuronano-forskarna i hård konkurrens lyckats få 24 nya miljoner från Vetenskapsrådet. Projektet gäller att utveckla elektroder för dubbelriktad kommunikation med enskilda nervceller. Målet är att in i minsta detalj kunna avlyssna hjärnans verksamhet, och att även kunna påverka den vid olika sjukdomar.

Jens Schouenborg leder den tvärvetenskapliga forskningsenheten Neuronano Research Center.

– Det var 228 sökande till en utlysning av 18 forskningsmiljöer inom naturvetenskap och teknik. Merparten var på förhand vikta för energi och IT, så för övriga ansökningar fanns det bara sex anslag kvar att konkurrera om, säger Jens Schouenborg.

Han leder NRC och är mycket stolt över resultatet – inte minst eftersom det, som så ofta inom forskarvärlden, kommer efter många ansökningar som kostat mycket arbete men inte gett något resultat. Den här gången gick det alltså vägen, och med ett yttrande från VR:s beredningsgrupp som är fullt av ord som ”excellent” och ”outstanding”.

Hjärnan är mjuk som gelé

Hjärnan är vårt mest komplicerade organ och samtidigt det som är svårast att studera. Idag finns det visserligen MR och annan bildteknik som kan visa vilka delar av hjärnan som är aktiva i olika sammanhang. Men de säger inte mycket om vad som händer på nervcellsnivå – och det är i det komplicerade samspelet mellan våra miljarder nervceller som tankar, känslor och rörelser uppstår.

Ett problem när man vill närma sig enskilda nervceller är att hjärnan är mjuk som gelé. Därför flyttar den sig inuti skallen, även vid normala rörelser som när vi vrider på huvudet eller reser oss. De ganska styva elektroder som idag sätts in för att behandla bl.a. Parkinsons sjukdom, eller för forskningsändamål i djurförsök, skaver därför mot den kringliggande vävnaden. Ärr uppstår och nervcellerna försvinner från en ”död zon” runt elektroden.

– Då har man ju skadat det man ville behandla eller studera. Man måste också använda större strömstyrka för att nå förbi den ”döda zonen”, vilket gör behandlingen mer oprecis och ökar risken för biverkningar, säger Jens Schouenborg.

Mjuka och böjliga elektroder

NRC-forskarna har lyckats utveckla mjuka och böjliga elektroder som inte ger upphov till någon ”död zon”. Men då uppstår ett annat problem: hur ska elektroderna komma på plats, om de är böjliga som ett tunt grässtrå? Det problemet har man löst genom att baka in elektroderna i gelatin.

– Då blir de lite styvare och kan lättare sättas in. Gelatinet bryts ner efter en tid, och då blir elektroderna mjuka. Gelatinhöljet har också läkande egenskaper: när det bryts ner frisätts naturliga ämnen som vävnaden kan använda för att reparera eventuella skador, förklarar Jens Schouenborg.

Nu vill man utveckla en ny typ av elektrod som kan liknas vid en liten forskningsplattform. Den består av ett några tusendels mm tunt membran fyllt med en mycket böjlig elektrisk ledare och ett ämne, exempelvis glukos (druvsocker), som gör konstruktionen tillräckligt styv under isättningen.

I elektrodens ände finns ett litet hål där vatten kan tränga in och glukosen sippra ut när implantatet väl är på plats. Då blir elektroden så böjlig att den kan följa med i alla hjärnans rörelser. Genom samma hål tänker man sig att kunna tillföra läkemedel eller gener till de nervceller som ska studeras. Konstruktionen kan också ge plats för optiska ledare för så kallad optogenetik, en ny metod inom hjärnforskningen.

Först ut med behandling av parkinsons

Sådana forskningstillämpningar ligger nog en bit framåt i tiden. För behandling av Parkinsons sjukdom kan det däremot gå fortare.

– Vi tror att våra elektroder kan användas i kliniska försök redan om tre år, säger Jens Schouenborg.

Elektroder som behandlar kramper, darrningar och stelhet hos patienter med epilepsi och Parkinsons förekommer redan. Metoden kallas Deep Brain Stimulation, DBS. Men eftersom de elektroder som används vid DBS är så stora och styva att de påverkar hjärnvävnaden, så bör NRC-forskarnas mindre och mjukare elektroder innebära ett stort steg framåt.

– Vi hoppas också att de ska kunna användas inte bara för behandling utan även för att öka förståelsen av hur hjärnan fungerar normalt och vid olika sjukdomar. Sådan ny kunskap kan ju sedan användas för att utveckla nya behandlingar, menar Jens Schouenborg.

Text: Ingela Björck

Porträttfoto: Kennet Ruona

 

Tema:
Nano