Istraživačka skupina s Fizičkog odsjeka zagrebačkog PMF-a predvođena doc. dr. sc. Vedranom Đerekom sudjelovala je u razvoju inovativnog implantata za terapijsku upotrebu u bioelektroničkoj medicini, zajedno sa suradnicima sa Sveučilišta u Linköpingu (Švedska), Tehničkog sveučilišta u Brnu (Češka) i Sveučilišta Columbia (USA). Kruna njihovog istraživanja je rad objavljen u prestižnom časopisu Nature Biomedical Engineering pod naslovom "Chronic electrical stimulation of peripheral nerves via deep-red light transduced by an implanted organic photocapacitor".
Bioelektronika istražuje interakciju elektroničkih sustava kakvi se nalaze u računalima i mobilnim telefonima sa biološkim sustavima. Bioelektroničkim senzorima moguće je mjeriti biološke električne signale u dijagnostičke svrhe, no isto bioelektroničkim stimulatorima moguće je utjecati na biološke električne signale u primjerice živcima. Na taj način moguće ih je pobuditi ili potisnuti, dovodeći električne signale u kontakt sa živim tkivom, u terapijske svrhe.
Naša grupa se bavi upravo time – optimalnim dizajnom bioelektroničkih stimulatora za točno određenu primjenu. U okviru Uspostavnog istraživačkog projekta HRZZ-a "3DOptoBio" na Fizičkom odsjeku PMF-a u Zagrebu osnovana je istraživačka grupa sa ciljem razvoja bioelektroničkih sučelja. Zahvaljujući financiranju HRZZ-a, naš laboratorij opremili smo vrhunskom opremom za izradu i karakterizaciju uzoraka – modela implantata, kao i modernim računalnim softverom za izradu 3D numeričkih modela implantata. U okviru međunarodne suradnje posebno sudjelujemo u optimalnom dizajnu elektroda, analizi rezultata, te izradi numeričkih modela širenja svjetlosti kroz živo tkivo, rekao je za Zimo doc. dr. sc. Vedran Đerek, jedan od autora navedenog istraživanja.
Đerek i njegov tim bili su u istraživanju zaduženi za dizajniranje posebnog bioelektroničkog stimulatora.
U upravo objavljenom radu sudjelovali smo u dizajnu bioelektroničkog stimulatora izrađenog na ultra-tankoj savitljivoj foliji, koji se može omotati izravno oko perifernog živca, i na kojemu su naneseni materijali koji se koriste pri izradi organskih sunčevih ćelija. Kada se stimulator obasja svjetlošću, između stimulatora i živca poteče električna struja koja može pobuditi periferni motorni živac koji mišićima šalje signal da je vrijeme za pokret, pojasnio je detalje istraživanja Đerek.
Istraživanje je vodio E. Głowacki sa Sveučilišta u Linköpingu i Tehničkog sveučilišta u Brnu, dok su biološka eksperimentalna istraživanja obavili su naši suradnici iz New Yorka, sa Sveučilišta Columbia, J. Gelinas i D. Khodagholy, gdje su naši opto-elektronički stimulatori implantirani oko ishijadičnog živca laboratorijskog štakora. Nakon operacije i oporavka, praćene su reakcije životinje na vanjsko obasjavanje mjesta implantacije laserskom svjetlošću – opažene su kontrakcije noge, i izmjereni su električni signali sa EMG elektroda postavljenih na površinu kože. Naši stimulatori uspješno su radili preko tri mjeseca nakon implantacije, a bihevioralnim testovima utvrđeno je da životinje nisu pokazivale znakove nelagode ili poteškoća u kretanju radi prisustva implantata, naglasio je Đerek.
Stimulator znanstvenog tima s PMF-a odlukuju i prednosti pred postojećim stimulatorima koji se trenutno koriste u medicini.
Bitna karakteristika našeg stimulatora su njegove male dimenzije i težina, te činjenica da je bežičan i da prima energiju za rad izvana, putem blisko infracrvene svjetlosti koja može prodrijeti duboko u tkivo – za razliku od trenutno korištenih stimulatora sličnih srčanim pacemakerima koji se napajaju baterijom i zbog svojih dimenzija su mnogo više invazivni od naših stimulatora, rekao je na kraju Đerek.
Bioelektroničke terapije poput stimulacije živca vagusa trenutno se koriste za terapiju kod epilepsije i kliničke depresije otporne na medikamente, a u razvoju su terapije za stanja poput poremećaja anksioznosti, pretilosti, alkoholizma, kroničnog otkazivanja srca, prevencije aritmija, autoimunih poremećaja i nekih stanja kronične boli, dok su u primjeni i umjetne pužnice i mrežnice, kao proteze za vraćanje sluha i vida.
Istraživanje je napravljeno uz potporu HRZZ-a (UIP-2019-04-1753 – 3DOptoBio), te projekta CeNIKS i centra izvrsnosti QuantXLie s PMF-a i javno je dostupno na webu Nature Biomedical Engineering.
