Ved hjælp af lys kan man meget præcist tænde og slukke for små grupper af neuroner i hjernen. Metoden kaldes optogenetik og er et forskningsfelt, der er stærkt på vej frem. Projektet STARTDUST skaber med metoden forhåbninger om bedre behandlinger af sygdomme i hjernen som Parkinson, Alzheimers og depression.
Lys giver præcision
Hidtil har vi især brugt elektroder til at påvirke hjernens celler. På den måde rammer man et stort antal neuroner, og dermed er præcisionen relativt lille.
Med optogenetikkens lille lyskilde er præcisionen enorm.
– Hidtil er elektrisk stimulering blevet brugt i hjernen på en måde, hvor alle neuroner i det målrettede område bliver påvirket. Med dette projekt rammer vi en mindre population af neuroner med en trådløs mikroskala-robot, siger Farshad Moradi, lektor ved Institut for Ingeniørvirksomhed, Aarhus Universitet på AU.dk
Dermed løser forskerne også problemet at få lys ind i hjernen. I dag lægger man et tyndt optisk kabel ind i hjernen, som kan pege lyset hen mod de neuroner, der skal påvirkes til enten at blive mere eller mindre aktive. Men det kræver jo netop, at man skal gå rundt med et kabel ud af hjerneskallen, hvilket er både upraktisk og ubehageligt. Med den metode som STARDUST pønser på, slipper man for kablet. Omend ikke for at få åbnet kraniet:
– De små korn, ”dusts” – som vi kalder dem, skal sprøjtes ind i hjernen i retning af de neuroner, vi gerne vil ramme. Derfor er vi nødt til at åbne op. I projektet har vi flere tilgange på tegnebrættet for at få “dustsne” ind i hjernen, fortæller Moradi.
Men med de 28 mio i hånden, er målet at skabe små robotter– godt 0,2 mm på hver led – som skal kunne klare opgaven.
High risk, high gain – projekt
Pengene stammer fra Horizon 2020, under rammeprogrammet Future and Emerging Technologies (FET), der primært støtter forskning i de tidlige stadier af forskning og teknologi i fremtidens teknologier. Dermed skal vi nok heller ikke forvente, at robotterne er færdigudviklede i løbet af den 4-årige periode, projektet løber.
På den måde kommer vi langt tættere på os mennesker, og det er vigtigt, da der er forskning, som tyder på, at Parkinsons virker på samme måde i primater, som hos os mennesker
Et af problemerne er selve neuronerne. For selv når lyset fra de små robotter er kommet de rigtige steder hen, reagerer neuronerne først på lyset, hvis de er blevet genetisk modificeret til det.
Den slags genetiske modifikationer rummer en hel del restriktioner, og derfor er projektet lagt op til i første omgang at lave forsøg på mus og senere på primater.
– På den måde kommer vi langt tættere på os mennesker, og det er vigtigt, da der er forskning, som tyder på, at Parkinsons virker på samme måde i primater, som hos os mennesker.
Strøm er et problem
Et andet problem er energiforsyningen. De bittesmå strukturer som “robotterne” er, kan ikke medbringe et batteri:
– Den største udfordring bliver at fodre robotten med tilstrækkelig energi. Derfor er vi nødt til at bruge meget, meget effektive materialer og enormt strømbesparende elektriske kredsløb, siger Farshad Moradi til AU.dk
Energien vil blive tilført udefra i form af ultralyd, som robotten så opsamler vha. en piezoelektrisk enhed.
– Dermed kan vi både få flyttet rundt på robotterne, og også få informationer fra dem om behandlingerne virker.
Selv om det lugter lidt af fremtidsdrømme, og man har hørt om ”robotter” i kroppen mange gange de sidste 15-20 år, er forhåbningerne til teknologien og projektet store:
– Hvis vi lykkes med dette projekt, kan det få enorm betydning for den kliniske behandling af en lang række lidelser, der spænder fra Parkinsons sygdom til kræft, siger institutleder Thomas Toftegaard, Institut for Ingeniørvidenskab til AU.dk
Projektet laves i samarbejde med forskningsgrupper i 7 andre europæiske lande.
