Έλληνες επιστήμονες του ΙΤΕ αναπτύσσουν λειτουργικά νευρικά δίκτυα σε μικροτσίπ πυριτίου

Με τη βοήθεια προηγμένων τεχνικών κατεργασίας με ακτινοβολία λέιζερ, οι Έλληνες επιστήμονες κατόρθωσαν να «σμιλεύσουν» μικροσκοπικές τρισδιάστατες βιομιμητικές σκαλωσιές-ικριώματα από κώνους στην επιφάνεια μικροτσίπ πυριτίου.

Πάνω στις τελευταίες, στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν δίκτυα διαφόρων τύπων νευρικών κυττάρων. Οι ερευνητές, εκμεταλλευόμενοι την μεγάλης ακρίβειας μικροχάραξη με ακτίνες λέιζερ, ανέπτυξαν τρισδιάστατα μικρο-ικριώματα ειδικών γεωμετρικών χαρακτηριστικών που επιτυγχάνουν να ελέγξουν τον προσανατολισμό και την αλληλεπίδραση των νευρώνων και των νευραξόνων ενός νευρωνικού δικτύου.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο κορυφαίο διεθνώς επιστημονικό περιοδικό στον τομέα των βιοϋλικών «Biomaterials». Κεντρικός ήταν ο ρόλος της νέας ερευνήτριας Χαράς Σιμιτζή, του ερευνητή Εμμανουήλ Στρατάκη και του καθηγητή Αχιλλέα Γραβάνη. Στην έρευνα συμμετείχε και ο καθηγητής Κώστας Φωτάκης, πρόεδρος του ΔΣ του ΙΤΕ και μέχρι πρόσφατα αναπληρωτής Υπουργός Έρευνας και Καινοτομίας.

Όπως δήλωσε ο κ. Στρατάκης, «μέσω της καλλιέργειας των νευρικών κυττάρων επάνω σε ένα κατάλληλα διαμορφωμένο υπόστρωμα με τη μορφή μικροτσίπ (Neurochip), δίνεται στους ειδικούς η δυνατότητα να καταγράψουν και να χαρακτηρίσουν τα ηλεκτρικά σήματα μεταξύ των νευρικών κυττάρων, αλλά και να μεταδώσουν προς τα κύτταρα εξωτερικό ηλεκτρικό ερέθισμα.

Αυτές οι τριδιάστατες μικρο-κατασκευές έχουν την δυνατότητα να μιμηθούν τις ιστιδικές δομές που υποστηρίζουν τους νευρώνες και τα γλοιακά κύτταρα στον ζώντα εγκέφαλο, με αποτέλεσμα να βοηθούν σημαντικά στην φυσιολογικότερη, δυναμική λειτουργία των νευρώνων.

Έτσι, η έκφραση των γονιδίων και η παραγωγή των πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για την λειτουργία των νευρώνων σε τρισδιάστατες συνθήκες, προσιδιάζουν περισσότερο προς τις αντίστοιχες του ζώντος εγκεφάλου».

Ο κ. Γραβάνης επεσήμανε ότι «απώτερο στόχο της έρευνας αποτελεί η δημιουργία μιας κατάλληλα διαμορφωμένης μικροσυσκευής (Brain-on-Chip), η οποία να ελέγχει την ανάπτυξη του νευρικού δικτύου και ταυτόχρονα να καταγράφει την απόκρισή του σε εξωτερικά ερεθίσματα.

Βασικός στόχος του ερευνητικού προγράμματος που χρηματοδοτήθηκε κυρίως από το European Research Council (ERC) National Initiative, στο οποίο είμαι επιστημονικός υπεύθυνος, είναι η ανάπτυξη μίας καινοτόμου πλατφόρμας για την μελέτη της βιολογικής συμπεριφοράς των νευρώνων σε τρισδιάστατες συνθήκες ex vivo, που μιμούνται πιστότερα τις συνθήκες του ζώντος εγκεφάλου».

Η ελληνική έρευνα, όπως είπε, «στοχεύει στην ανάπτυξη ενός νευροαισθητήρα, στον οποίο θα φιλοξενούνται και αναπτύσσονται σε τρισδιάστατες συνθήκες νευρικά βλαστικά κύτταρα και νευρώνες για την ανίχνευση χημικών βιβλιοθηκών για νέες νευροπροστατευτικές και νευροαναγεννητικές ουσίες, με πιθανές θεραπευτικές εφαρμογές στα νευροεκφυλιστκικά νοσήματα και το εγκεφαλικό τραύμα».

Επίσης, μελλοντικά, μια τέτοια μικροσυσκευή θα μπορούσε να εξελιχθεί σε ένα έξυπνο νευροεμφύτευμα σε περιοχές του εγκεφάλου που έχουν υποστεί βλάβες, το οποίο θα προάγει την ελεγχόμενη ανάπτυξη και αναγέννηση του υγιούς νευρικού ιστού προς αποκατάσταση της νευροεκφυλιστικής βλάβης.

Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε μελλοντικά να βοηθήσει στην αντιμετώπιση σοβαρών εκφυλιστικών νόσων, όπως αυτές του Πάρκινσον, του Αλτσχάιμερ ή οι τραυματικές βλάβες του νωτιαίου μυελού.