Az egyik legsúlyosabb emberi sérülés a gerincoszlopot érő károsodás. A balesetek, betegségek vagy erőszakos behatások a test bármely részének működését károsíthatják – és akár bénuláshoz is vezethetnek. A gerincoszlop rendkívül összetett, korlátozott regenerálódási képességgel rendelkezik, és sérülése általában hosszú távú és krónikus betegséget idéz elő. Annak ellenére, hogy jelenleg nincs ismert módja a gerincvelő-sérülés teljes mértékű helyreállításának, a tudósok közel állnak ahhoz, hogy fontos áttöréseket érjenek el. Új megközelítésekkel igyekeznek helyreállítani az idegi károsodást, néhány tudós pedig azon dolgozik, hogy laboratóriumokban létrehozott anyagok felhasználásával építsék újra a gerincvelő szerkezetét.
Paula Marques professzor, a portugáliai Universidade de Aveiro egyetem mérnöke és kollégái egy olyan biológiai anyag létrehozásán dolgoznak, amely egyfajta vázzá formálható, és ezáltal képes helyettesíteni a sérült gerincszövetet. Ez egy olyan működőképes áthidaló szerkezetet alkot a sérült területen, amelynek segítségével az agy továbbra is képes kommunikálni a test többi részével. Remények szerint az elkövetkezendő évtizedben ezek a biológiai anyagok radikálisan új kezelési módszereket biztosítanak majd annak az évi 250–500 ezer embernek, akik világszerte gerincvelő-sérüléseket szenvednek. Ezenkívül a vázimplantátum a természetes idegszövetek regenerálódásához is hozzájárul, lehetővé téve ezáltal a testnek, hogy végeredményben segítség nélkül hajtsa végre a természetes funkcióit.
Marques professzor a vezető kutatója a NeuroStimSpinal projektnek - amely a Horizont 2020 keretén belül működő, úttörő kutatásokat támogató, EIC Pathfinder program elnevezésű projekt része - célja egy olyan grafénalapú anyag előállítása, amelyet egy, az emberekből kinyert proteinben gazdag anyaggal kombinálnak. Ez biztosítja az emberi testben az élő sejtek struktúráját és szerkezetét. Ez a keverék egy olyan 3D-s szerkezetet hoz létre, amely rendkívül pontosan utánozza a természetes gerincvelő morfológiáját. Ez képezi majd a projekt implantátumának – mondhatni – gerincét. A grafén (amely lényegében egy szénatomokból álló réteg) kiváló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, ami azt jelenti, hogy vezeti az áramot – ez előfeltétel minden olyan anyagra nézve, amelyet arra használnak, hogy elektromos impulzusokat továbbítsanak a gerincvelőn keresztül. A legfontosabb pedig az, hogy a váz porózus: ez lehetővé teszi, hogy a sejtek és a gerincvelői folyadékok áthaladjanak rajta. Ezenkívül biokompatibilis, így megakadályozza, hogy az emberi test kilökje magából, és biológiailag lebomló, ezáltal pedig programozható, hogy idővel lebomoljon.
Az idegszövetben két fő sejttípus található: a neuronok, amelyek elektromos impulzusokat továbbítanak, és a gliasejtek, amelyek nem továbbítanak impulzusokat, de támogatási rendszert biztosítanak a neuronoknak. Laboratóriumban végzett kutatások során a NeuroStimSpinal csapata – amely az anyagtudomány, az elektronikai mérnöki, a fizika és a biológia területén tevékenykedő szakemberekből áll – a következő felfedezésre jutott: ha a vázba olyan sejteket ültetnek, amelyek megújítják magukat, illetve idegsejtekké vagy gliasejtekké alakulnak, majd elektromos impulzust alkalmaznak, az „üres” őssejtek sikeresen differenciálódnak a két sejttípus valamelyikévé. Ez azt bizonyítja, hogy a váz megfelelő környezetet biztosít az idegsejtek regenerálódásához. Ez a kutatócsoport egyike azon kevés csoportnak világszerte, akiknek sikerült elérniük, hogy a neurális őssejtek laboratóriumi körülmények között új sejtekké alakuljanak. Élő állatok esetében azonban egyelőre még nem sikerült ehhez hasonló sikereket elérni. Az elkövetkezendő hónapokban a csapat miniatűr vázakat fog beültetni egerek testébe. A szövetek regenerálódásának felgyorsítása érdekében az állat bőre alá egy vezérlőegységet ültetnek be, amely elektromos árammal fogja stimulálni az implantátumot. A kísérlet célja, hogy bionyosságot kapjanak, hogy a váz hozzájárul az állatok gerincvelőjének regenerálódásához.
*
A stroke szintén egy olyan katasztrofális életesemény, amely az idegrendszer károsodásához vezethet. Amellett, hogy a világszerte bekövetkező halálozások második leggyakoribb oka, az egészségkárosodással korrigált életévek (DALY) harmadik legfontosabb tényezője is; ez a mutató az elhalálozás és a betegségek életre gyakorolt hatását méri. A tudósok még nem találtak megoldást arra, hogy miként tudnák helyettesíteni azokat az elhalt agysejteket, amelyeket az agyi vér- és oxigénellátást megakadályozó vérrögök eredményeznek, azonban a legújabb technológiákat – például a virtuális valóság (VR) területén elért előrehaladásokat – kihasználva próbálnak segíteni a pácienseknek a rehabilitációban.
Stroke-ot követően a kezek merevekké válhatnak az agy és a kézizmok közötti kapcsolat meggyengülésének következményeként. Ez a „görcsösség” megnehezíti és majdnem ellehetetleníti az ujjak kiegyenesítését vagy egy tárgy megfogását. Az ehhez hasonló kézsérülések jelentősen befolyásolhatják a mindennapi életet.
Joseph Galea, az egyesült királyságbeli Birminghami Egyetem motoros idegtudományi kutatója a kézmozdulatok rehabilitációját az ImpHandRehab projekt keretén belül szeretné továbbfejleszteni. A stroke-ot elszenvedett pácienseket arra kérik, hogy olyan feladatokat hajtsanak végre, amelyekhez egyre összetettebb kézmozdulatokra van szükség – ez a rehabilitáció egy olyan formája, amely végső soron javítja a kézügyességet és az életminőséget. A felhasználóknak a feladatokat virtuálisvalóság-szemüveget és megfizethető, könnyen hozzáférhető mozgásérzékelő kesztyűket viselve kell elvégezniük. „Két VR-játékot fejlesztettünk ki, amelyek megjutalmazzák a pácienst azért, ha egyre jobban teljesít egy bizonyos feladat elvégzésében, például egy léggömb kilyukasztásában vagy egy tengeralattjáró irányításában. Megfigyeltük, hogy minél több pontról vagy pénzérméről szól a játék, annál keményebben próbálkoznak a páciensek, és annál jobban teljesítenek” - mondta Galea. És ami még ennél is fontosabb: a kutatók azt tapasztalták, hogy ha egy adott játékkal hosszabb ideig játszik egy személy, a jobb kézmozgás azután is fennmaradt, miután levették a virtuálisvalóság-szemüveget.
A cikk eredetileg a Horizon magazinban, az Európai Unió kutatási és innovációs magazinjában jelent meg.
A grafén
A grafént nemrégiben, 2004-ben fedezték fel; az anyagot izoláló kutatók 2010-ben fizikai Nobel-díjat kaptak találmányukért. A grafén tulajdonképpen egy egyetlen atom vastagságú grafitréteg. A becslések szerint 3 millió grafénréteg adna ki 1 milliméter vastagságot. Nyúlékony, rugalmas, ugyanakkor nagyon kemény, és jóval erősebb az acélnál. Jó elektromos vezető, olvadáspontja meghaladja a 3000 °C-ot.
