מהפכה בבריאות המוח: אוניברסיטת רייס חושפת ממריץ מוחי זעיר וניתן להשתלה

שתל גולגולת קטן מיקם את מעבדת רייס כמובילה במחקר נוירוטכנולוגיה.

מהנדסי אוניברסיטת רייס פיתחו את ממריץ המוח הנשתל הקטן ביותר שהודגם בחולה אנושי. הודות לטכנולוגיית העברת כוח מגנו-אלקטרית החלוצית, המכשיר בגודל אפונה שפותח במעבדת האורז של ג'ייקוב רובינסון בשיתוף מוטיב נוירוטק והקלינאים ד"ר סמיר שת וד"ר סוניל שת יכול להיות מופעל באופן אלחוטי באמצעות משדר חיצוני ולהשתמש בו כדי לעורר את המוח דרך הדורה ⎯ קרום המגן המחובר לתחתית הגולגולת.

המכשיר, הידוע כ-Digitallyly programable Over-brain Therapeutic (DOT), יכול לחולל מהפכה בטיפול בדיכאון עמיד לתרופות והפרעות פסיכיאטריות או נוירולוגיות אחרות על ידי מתן אלטרנטיבה טיפולית המציעה אוטונומיה ונגישות רבה יותר למטופל מאשר טיפולים מבוססי גירוי עצבי הנוכחי והוא פחות פולשני מממשקי מוח-מחשב אחרים (BCIs).

התקדמות טכנולוגית וממצאי מחקר

"במאמר זה, אנו מראים שהמכשיר שלנו, בגודל של אפונה, יכול להפעיל את הקורטקס המוטורי, וכתוצאה מכך המטופל מזיז את ידו", אמר רובינסון, פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים ולביו-הנדסה ברייס. "בעתיד נוכל למקם את השתל מעל חלקים אחרים של המוח, כמו קליפת המוח הקדם-מצחית, שם אנו מצפים לשפר את התפקוד הניהולי אצל אנשים עם דיכאון או הפרעות אחרות."

הטכנולוגיות הקיימות הניתנות להשתלה לגירוי מוחי מופעלות על ידי סוללות גדולות יחסית שצריכות להיות ממוקמות מתחת לעור במקומות אחרים בגוף ולהתחבר למכשיר המגרה באמצעות חוטים ארוכים. מגבלות תכנון כאלה דורשות ניתוח רב יותר ומכפיפות את האדם לנטל גדול יותר של השתלת חומרה, סיכונים לשבירת חוט או כשל, והצורך בניתוחי החלפת סוללה עתידיים.

"ביטלנו את הצורך בסוללה על ידי הפעלה אלחוטית של המכשיר באמצעות משדר חיצוני", הסביר ג'ושוע וודס, סטודנט לתואר שני בהנדסת חשמל במעבדת רובינסון והמחבר הראשי של המחקר שפורסם ב- התקדמות המדע. אמנדה סינגר, סטודנטית לתואר שני לשעבר בתוכנית לפיזיקה יישומית של רייס, שנמצאת כעת במוטיב נוירוטק, היא גם סופרת ראשית.

הטכנולוגיה מסתמכת על חומר הממיר שדות מגנטיים לפולסים חשמליים. תהליך המרה זה יעיל מאוד בקנה מידה קטן ויש לו סובלנות טובה לאי-יישור, כלומר אינו דורש תמרון מורכב או זעום כדי להפעיל ולשלוט. למכשיר רוחב של 9 מילימטרים והוא יכול לספק 14.5 וולט של גירוי.

"השתל שלנו מקבל את כל האנרגיה שלו דרך האפקט המגנו-אלקטרי הזה", אמר רובינסון, שהוא המייסד והמנכ"ל של Motif, סטארט-אפ שהוקם באמצעות Rice Biotech Launch Pad שפועל להביא את המכשיר לשוק".

מוטיף היא אחת מכמה חברות נוירוטק שבודקות את הפוטנציאל של BCIs לחולל מהפכה בטיפולים להפרעות נוירולוגיות.

"גירוי עצבי הוא המפתח לאפשר טיפולים בתחום בריאות הנפש שבו תופעות לוואי של תרופות וחוסר יעילות משאירות אנשים רבים ללא אפשרויות טיפול נאותות", אמר רובינסון.

בדיקות קליניות וכיוונים עתידיים

החוקרים בדקו את המכשיר באופן זמני במטופל אנושי, תוך שהם משתמשים בו כדי לעורר את קליפת המוח המוטורית ⎯ את החלק במוח שאחראי לתנועה ⎯ וליצור תגובה לתנועת יד. לאחר מכן הם הראו את ממשק המכשיר עם המוח ביציבות למשך 30 יום בחזירים.

"זה לא נעשה בעבר מכיוון שהאיכות והחוזק של האות הדרושים כדי לעורר את המוח דרך הדורה היו בלתי אפשריים בעבר עם העברת כוח אלחוטית עבור שתלים קטנים כל כך", אמר וודס.

רובינסון רואה בעיני רוחו את השימוש בטכנולוגיה מהנוחות של הבית. רופא ירשום את הטיפול ויספק הנחיות לשימוש במכשיר, אך למטופלים יש שליטה מלאה על אופן מתן הטיפול.

"בחזרה הביתה, המטופל היה חובש את הכובע שלו או את הציוד הלביש שלו לכוח ומתקשר עם השתל, לוחץ 'עבור' באייפון או בשעון החכם שלו, ואז הגירוי החשמלי מהשתל הזה יפעיל רשת נוירונלית בתוך המוח." אמר רובינסון.

ההשתלה תדרוש הליך זעיר פולשני של 30 דקות שיציב את המכשיר בעצם מעל המוח. גם השתל וגם החתך יהיו כמעט בלתי נראים, והמטופל יחזור הביתה באותו היום.

"כשאתה חושב על קוצב לב, זה חלק מאוד שגרתי בטיפול הלב", אמר שת, פרופסור וסגן יו"ר מחקר, מקנייר מלומד וקרן קולן, יו"ר נוירוכירורגיה במכללת ביילור לרפואה. "בהפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות, המקבילה היא גירוי מוחי עמוק (DBS), שנשמע מפחיד ופולשני. DBS הוא למעשה הליך בטוח למדי, אבל זה עדיין ניתוח מוח, והסיכון הנתפס שלו יציב תקרה נמוכה מאוד על מספר האנשים שמוכנים לקבל אותו ועשויים להפיק ממנו תועלת. כאן נכנסות לתמונה טכנולוגיות כמו זו. הליך קל של 30 דקות שהוא מעט יותר מניתוח עור, הנעשה במרכז ניתוחים חוץ, יש סיכוי הרבה יותר נסבל מאשר DBS. אז אם נוכל להראות שהוא יעיל בערך כמו חלופות פולשניות יותר, סביר להניח שהטיפול הזה ישפיע הרבה יותר על בריאות הנפש".

במצבים מסוימים, אפילפסיה למשל, ייתכן שהמכשיר יצטרך להיות מופעל באופן קבוע או רוב הזמן, אך עבור הפרעות כמו דיכאון ו-OCD, משטר של כמה דקות של גירוי ביום יכול להספיק כדי לחולל את השינויים הרצויים. בתפקוד של רשת הנוירונים הממוקדת.

מבחינת הצעדים הבאים, אמר רובינסון שבצד המחקרי, הוא "באמת מתעניין ברעיון של יצירת רשתות של שתלים ויצירת שתלים שיכולים לעורר ולהקליט, כדי שיוכלו לספק טיפולים מותאמים אישית המבוססים על המוח שלך. חתימות." מנקודת המבט של הפיתוח הטיפולי, מוטיב נוירוטק נמצא בתהליך של בקשת אישור FDA לניסוי קליני ארוך טווח בבני אדם. מטופלים ומטפלים יכולים להירשם באתר מוטיב נוירוטק כדי ללמוד מתי והיכן יתחילו ניסויים אלו.

העבודה נתמכה בחלקה על ידי קרן רוברט וג'ניס מקנייר, המכון הרפואי של מקנייר, DARPA והקרן הלאומית למדע.