Nieuwe kleine geïmplanteerde pompen kunnen geneesmiddelen direct in de hersenen injecteren

Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology hebben een radicaal nieuwe manier ontwikkeld om neurodegeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson te behandelen, en het klinkt behoorlijk eng sci-fi. Hun procedure omvat het implanteren van een dunne sonde verbonden met een piepkleine pomp in de hersenen van een patiënt die nauwkeurig gemeten en gerichte geneesmiddelen levert aan specifieke hersengebieden. Hoewel deze hersenimplantaatpomp nog lang niet is geïnstalleerd bij menselijke patiënten, heeft het veelbelovend aangetoond in een eerste onderzoek bij laboratoriumdieren, waarbij Parkinson-achtige symptomen werden behandeld bij laboratoriumratten en apen.

De MIT-onderzoekers publiceerden hun bevindingen woensdag in een krant in het tijdschrift Wetenschap Translationele geneeskunde. Het belangrijkste idee achter hun apparaat, een 'geminiaturiseerd neuraal medicijnafgiftesysteem' (MiNDS), is dat het specifieke clusters van neuronen precies kan behandelen zonder bijwerkingen te veroorzaken. Dit verbetert de eerdere methoden die geneesmiddelen in de hersenvocht introduceren, die ook ongewenste effecten kunnen veroorzaken.

Tegenwoordig hebben mensen die leven met neurodegeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson schijnbaar onmogelijke alternatieven: ze kunnen hun ziekte laten vooruitgaan als symptomen zoals trillen en verlies van evenwicht verergeren, of ze kunnen geneesmiddelen gebruiken die onbedoelde effecten hebben die niet op het doelwit zijn gericht. Tegenwoordig is een van de meest voorkomende therapieën voor de ziekte van Parkinson de combinatie van geneesmiddelen carbidopa en levodopa (meestal onder de merknaam Sinemet), die symptomen kan verlichten, maar ook een aantal langdurige bijwerkingen creëert die de vrijwillige spierbeweging van patiënten belemmeren.

Een van de belangrijkste voordelen van de hersenimplantaten, schrijven de auteurs van de studie, is dat artsen zich kunnen richten op zeer specifieke functionele gebieden van de hersenen van slechts één kubieke millimeter, ongeveer de hoogte en lengte van één letter op de stuiver van de Verenigde Staten. Niet alleen dat, maar ze kunnen ook de activiteit van neuronen in het te behandelen gebied meten, waardoor ze de effecten van een medicijn kunnen volgen en de aflevering van medicijnen in realtime kunnen aanpassen.

Ze valideerden hun concept in rhesus makaak apen en ratten, eerst door het induceren van een parkinson toestand - een waarbij dopamine-vrijmakende neuronen dood of gehandicapt zijn - in beide dieren. Vervolgens behandelden ze de aandoening bij de apen door kunstmatig hersenvocht in het MiNDS-apparaat te injecteren. Tijdens de experimenten controleerden de onderzoekers de hersenactiviteit van de dieren met behulp van een wolfraamsonde in het apparaat, waaruit bleek dat het MiNDS-implantaat bepaalde neuronen kon exciteren en remmen.

"We laten hier zien dat MiNDS de lokale neuronale activiteit en gerelateerd gedrag in diermodellen chemisch kan moduleren en tegelijkertijd de neuronale elektro-encefalogram (EEG) -activiteit kan opnemen", schrijven de auteurs van het artikel.

Het idee dat iemand de rest van zijn leven een hersenimplantaat zou kunnen krijgen in plaats van drie keer per dag pillen te nemen klinkt geweldig, maar dit radicale behandelingsprotocol brengt ook enkele belangrijke problemen met zich mee. De meest voor de hand liggende is dat het implanteren van een deep brain drug delivery device invasief is. Dit is geen eenvoudige procedure zoals het krijgen van een tatoeage of een piercing; het voorgestelde apparaat dringt diep door in hersenweefsel, wat zorgen oproept over complicaties die kunnen ontstaan ​​als gevolg van iets dat zo complex is als een defect van het apparaat of iets eenvoudigs als stoten met je hoofd.

Bovendien kan het plaatsen van een vreemd voorwerp in hersenweefsel ervoor zorgen dat het omliggende weefsel ontstoken raakt en mogelijk sterft. De onderzoekers werkten rond dit probleem door roestvrij staal en borosilicaat (glas) te gebruiken als de belangrijkste materialen voor de sonde, die volgens hen na acht weken implantatie minimale schade aan het omliggende weefsel bij de proefdieren veroorzaakten.

Misschien nog belangrijker is dat chemisch veroorzaakte Parkinson-achtige symptomen bij muizen en apen behoorlijk verschillen van die van de daadwerkelijke ziekte van Parkinson bij mensen. Voordat het MiNDS-apparaat bijna klaar zou kunnen zijn voor de mens, moeten de onderzoekers aantonen dat het effectief is tegen de ziekte van Parkinson.

Voor nu is het echter een fascinerende ontwikkeling in het snelgroeiende gebied van de hersengeneeskunde.

Abstract: Recente ontwikkelingen in medicijnen voor neurodegeneratieve aandoeningen breiden de mogelijkheden voor het verbeteren van de slopende symptomen van patiënten uit. Bestaande farmacologische behandelingen zijn echter vaak afhankelijk van systemische toediening van geneesmiddelen, die resulteren in een brede verdeling van geneesmiddelen en bijgevolg een verhoogd risico op toxiciteit. Aangezien veel belangrijke neurale circuits sub-kubieke millimetervolumes en celspecifieke kenmerken hebben, is toediening van kleine hoeveelheden aan geïnfecteerde hersengebieden met minimale diffusie en lekkage van essentieel belang. We rapporteren de ontwikkeling van een implanteerbaar, op afstand bestuurbaar, geminiaturiseerd neuraal medicijnafgiftesysteem dat een dynamische aanpassing van de therapie mogelijk maakt met een zeer nauwkeurige ruimtelijke nauwkeurigheid. We demonstreren dat dit apparaat de lokale neuronale activiteit chemisch kan moduleren in kleine (knaagdier) en grote (niet-menselijke primaten) diermodellen, terwijl tegelijkertijd de registratie van neurale activiteit mogelijk is om feedbackcontrole mogelijk te maken.