Hjärnlappar

Över en miljon överlevande stroke i USA har betydande funktionsnedsättningar även efter rehabilitering - och denna siffra förväntas öka när babyboomgenerationen åldras.

Men det finns hopp om att förlorade förmågor en dag kan återställas, tack vare ett samarbete mellan kemi- och biomedicinsk ingenjörsprofessor Robert Langer, ScD '74, och neurovetenskapsprofessor Mriganka Sur. Teamet, som finansieras som en del av $60 miljoner MIT-DuPont Alliance, har gjort betydande framsteg mot att skapa implantat för att ersätta strokeskadade områden i hjärnan.

Målet är att göra saker som de var i början [före stroken], säger Langer. För att ersätta de skadade områdena har teamet för avsikt att odla hjärncellsnätverk på en ställning som de kommer att kirurgiskt implantera i den drabbade regionen. Läkemedel inbäddade i byggnadsställningen kommer att uppmuntra cellerna att växa, skapa förbindelser med de inhemska cellerna i närheten och, hoppas forskarna, återställa förlorade förmågor till strokepatienten.

Forskare har hittills visat förmågan att få nervceller att bilda nätverk in vitro. Innan hjärncellerna kan implanteras måste de dock vara förberedda för sina nya roller, ungefär på samma sätt som gymnasieelever måste lära sig kalkyl om de hoppas lyckas med en MIT-ingenjörskurs, säger Nathan Wilson, projektmedarbetare och en postdoc i hjärn- och kognitionsvetenskap som arbetar med Sur. Celler som är avsedda att ersätta visuella bearbetningsområden i hjärnan måste till exempel tränas med signaler som liknar de som sänds av ögonen. I ett viktigt steg i forskningen visade Wilson att celler som odlats i en skål och som utsätts för elektriska impulser som ungefär liknar dem från ögonen kommer att svara på dessa signaler genom att bilda nätverk.

I ett annat viktigt steg har Paul George, en doktorand i Langers labb, visat att en elektriskt ledande plast som teamet hoppas kunna använda som en
ställningen är biokompatibel. När det implanterades i sex veckor i levande råttor, växte nervceller runt och till och med genom det, via hål i materialet.
Sur säger att ett neuralt implantat som innehåller nätverksceller för strokepatienter troligen är 20 år från färdigställandet, eftersom forskarna fortfarande måste lära sig hur man bäst gör byggnadsställningarna, att para ihop dem med läkemedel som uppmuntrar nervtillväxt och att träna neuronerna. Det kanske viktigaste är att de behöver hitta celler som hjärnan inte kommer att avvisa. Detta kan innebära att modifiera stamceller eller förändra en persons egna mogna celler så att de växer som unga neuroner.

Mellanprestationer kan dock vara mycket närmare. Processen att lära sig hur man gör ett implantat – vilket Sur säger är som att göra en bit av hjärnan i en skål – borde leda till många grundläggande vetenskapliga genombrott om hur hjärnor fungerar och reparerar sig själva. Till exempel kan elektrodnäten som används för att träna cellnätverken också användas för att läsa signalerna som skickas genom nätverken när de bildas, och avslöja vilka anslutningar som görs, säger Wilson.

Arbetet kan leda till andra nya terapier. Till exempel kan den ledande plasten fungera som en elektrisk skarv, som överbryggar mellanrum orsakade av ryggradsskada. Det kan också laddas med droger och implanteras för att uppmuntra nervceller runt en skada att koppla om sig själva mer omfattande, vilket främjar strokeåterhämtning. Sådana framsteg skulle gå långt mot att förbättra människors liv, eftersom forskarna närmar sig sitt slutliga mål. – Av Kevin Bullis, SM ’05

Dölj