Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

H2020

Re.B.Us — Wynik w skrócie

Project ID: 660689
Źródło dofinansowania: H2020-EU.1.3.2.
Kraj: Włochy
Dziedzina: Zdrowie, Badania podstawowe

Rozwój medycyny regeneracyjnej na potrzeby leczenia epilepsji

Na pograniczu medycyny regeneracyjnej i inżynierii neuronowej leży ulepszona medycyna regeneracyjna. Wykorzystując tkanki mózgowe modulowane za pomocą podzespołów elektronicznych, unijni naukowcy badają najczęstszą postać epilepsji.
Rozwój medycyny regeneracyjnej na potrzeby leczenia epilepsji
Padaczka skroniowa (ang. temporal lobe epilepsy, TLE) to najczęstsza i najbardziej oporna na leczenie postać epilepsji. U pacjentów występuje typowy wzorzec progresywnego uszkodzenia mózgu, który wpływa na procesy poznawcze i emocjonalne.

Zespół unijnego projektu Re.B.Us realizowanego w ramach programu „Horyzont 2020” pracował nad rozwojem biohybrydowych metod indukowania procesów samoleczenia w uszkodzonym mózgu. Jak wyjaśnia dr Gabriella Panuccio, „naszym celem było uzyskanie dowodu na to, że uszkodzony mózg można wyleczyć, używając biohybrydowej metody, łączącej narzędzia z dziedziny biologii i inżynierii”.

Wzorce aktywności elektrycznej w TLE

Naukowcy wykorzystali model in vitro TLE – wycinki mózgu zawierające kluczowe obszary tkanki dotknięte TLE pobrane od gryzoni leczonych farmakologicznie w celu wywołania typowych wzorców aktywności elektrycznej występujących u pacjentów z TLE.

Do modelowania tych wzorców wykorzystano połączenie elektrofizjologii mikroelektrodowej i narzędzi inżynieryjnych. Fizjologiczny dialog między dotkniętymi regionami mózgu przywrócono za pomocą mostów elektronicznych. „Podstawą projektu doświadczenia był sygnał generowany przez hipokamp, który może zapobiegać napadom wywoływanym przez korę mózgową, ale który jest zaburzony u pacjentów z TLE”, zauważa dr Panuccio.

Przywrócenie dialogu między korą a hipokampem

Naukowcom udało się skorygować skłonność do napadów korowych, zastępując brakujący sygnał mózgowy hipokampa zastępczym wzorcem stymulacji elektrycznej, który naśladuje czasową dynamikę aktywności hipokampa.

Następnie zastosowali jednokierunkowy mostek elektroniczny do przywrócenia funkcjonalnego dialogu między hipokampem a korą. Ostatecznie wykorzystano wycinek hipokampa do przeszczepu tkanki w celu zastąpienia hipokampa kory mózgowej u gospodarza na potrzeby kontrolowania jego napadów. „Jest to ostateczny cel projektu Re.B.Us, a te pionierskie doświadczenia zwiastują wykonalność metody biohybrydowej zaproponowanej przez zespół projektu”, podkreśla dr Panuccio.

Innowacyjna modulacja elektryczna

Następnie naukowcy z zespołu projektu Re.B.Us ustanowili dwukierunkowy mostek elektroniczny między dwoma odrębnymi wycinkami mózgu, z których jeden pełni funkcję „zdrowych” przeszczepionych tkanek hipokampu, a drugi odgrywa rolę „chorej” kory gospodarza. Zdarzenia patologiczne wykryte w korze wywołały stymulację elektryczną hipokampa, a to z kolei prowadziło do wykrycia aktywności w hipokampie i elektrycznej stymulacji kory mózgowej. Opracowane oprogramowanie kontrolne zostało starannie skonfigurowane, aby uzyskać optymalny schemat stymulacji w celu wzajemnego angażowania tkanek przeszczepionych i tkanek gospodarza, co miało znacznie zmniejszyć liczbę napadów.

Nieznane terytoria – inżynieria neuromorficzna i sztuczna inteligencja

Po uproszczonym paradygmacie in vitro opracowanym w ramach projektu Re.B.Us kolejnym logicznym krokiem jest zastosowanie organoidów hipokampa jako tkanki przeszczepionej u chorych na epilepsję gryzoni in vivo. Jak wyjaśnia dr Panuccio: „organoidy hipokampu są bioinżynieryjnymi replikami tkanki hipokampalnej, które można wytwarzać in vitro, zaczynając od komórek macierzystych. Niewiele wiadomo o ich aktywności elektrycznej, ponieważ pozyskano je stosunkowo niedawno za pomocą technik inżynierii tkankowej, ale wydaje się, że posiadają zdolność do wywoływania wzorca, który może tłumić napady”.

Przyszłe strategie leczenia epilepsji mogą opierać się na łącznym wykorzystaniu przeszczepów neuronowych za pomocą inżynierii neuromorficznej i sztucznej inteligencji (AI). Inżynieria neuromorficzna może być bezprecedensowym rozwiązaniem do projektowania biomimetycznych protez mózgowych, które zachowują się podobnie do mózgu i uczą się, jak wspomagać zdrową integrację tkanek przeszczepionych i tkanek gospodarza. Sztuczna inteligencja zoptymalizuje w czasie rzeczywistym funkcję neuromorficznej elektroniki, aby zapobiec wciągnięciu i uszkodzeniu przeszczepu przez patologiczną aktywność mózgu gospodarza. „Wiodąca hipoteza głosi, że neuromorficzne układy elektroniczne i algorytmy sztucznej inteligencji ostatecznie dezaktywują się po udanym przywróceniu funkcji mózgu, kiedy ich interwencja nie byłaby już konieczna”, zauważa dr Panuccio.

Podsumowując osiągnięcia projektu Re.B.Us, dr Panuccio stwierdza: „myślę, że projekt Re.B.Us stanowi punkt wyjścia do stworzenia nowatorskiego sposobu naprawy mózgu, opartego na wspólnym wykorzystaniu medycyny regeneracyjnej i inżynierii neuronalnej; ta biohybrydowa strategia eksploatacji może zrewolucjonizować sposób, w jaki podchodzimy do zaburzeń mózgu, zmieniając obecny paradygmat z leczenia chorego mózgu na jego całkowite wyleczenie”.

Słowa kluczowe

Re.B.Us, mózg, hipokamp,​kora mózgowa, przeszczep, padaczka skroniowa (TLE), epilepsja, sztuczna inteligencja (AI), inżynieria neuromorficzna, biohybryda
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę