Mogelijk kunnen mensen met een prothese of verlamde ledematen hun armen of benen straks weer zelfstandig bewegen, dankzij een nieuw neuraal implantaat dat wetenschappers van Cambridge hebben ontwikkeld. Het werkt alvast uitstekend bij muizen.
Het biohybride apparaatje verbetert de connectie tussen de hersenen en de prothese of de verlamde ledematen. Met behulp van flexibele elektronica en een laagje menselijke stamcellen – de herprogrammeerbare broncellen, die in dit geval fungeren als spiercellen – integreren zenuwen in de schouders of heupen met een kunstarm of -been zonder dat er littekenweefsel bij de aanhechtingsplek wordt gevormd. En dat is cruciaal.
Stamcellen voorkomen littekenweefsel
Bij eerdere pogingen om neurale implantaten te gebruiken om de functie van ledematen te herstellen, ging het onder andere mis, omdat al binnen enkele dagen littekens ontstonden rond de elektrodes. Daardoor wordt het neurale signaal slechter en gaat het uiteindelijk helemaal verloren. De oplossing van het team om littekenweefsel te voorkomen is ingenieus. Door een laagje spiercellen tussen de elektrodes en het levende weefsel te plakken, bleven de signalen bij de labratten gedurende het hele experiment, 28 dagen lang, doorkomen. Een unicum in deze relatief nieuwe tak van wetenschap.
Celtherapie meets bio-elektronica
Volgens de neurowetenschappers zit de crux bij succesvolle zenuwregeneratie in het combineren van celtherapie en bio-electronika. Ze hebben één enkel apparaat gemaakt, waarmee de tekortkomingen van beide vakgebieden teniet worden gedaan. Daardoor zijn de functionaliteit en gevoeligheid van het implantaat enorm verbeterd. Er is nog een aantal vervolgonderzoeken nodig, voordat het apparaat bij mensen ingezet kan worden, maar het team is ervan overtuigd op de goede weg te zijn.
Zenuwen een handje helpen
Het is nog steeds vrijwel onmogelijk om een zenuw die kapot is gegaan of is doorgesneden, te herstellen. Zenuwen kunnen niet of nauwelijks regenereren. Kapotte zenuwbanen moeten dus een handje geholpen worden. “Als iemand zijn arm of been verliest, dan blijft het zenuwstelsel nog gewoon doorgaan met signalen afvuren. De grote uitdaging bij het integreren van kunstledematen en het herstellen van de functie in armen of benen is om de informatie van de zenuw naar de ledematen te krijgen, zodat de functie van armen en benen weer wordt hersteld”, zegt onderzoeker Damiano Barone van Cambridge.
Eerste keer
Dit is de eerste keer dat stamcellen op deze manier bij een levend organisme worden ingezet. “Deze cellen geven ons veel beweegruimte en controle. We kunnen ze vertellen hoe ze zich moeten gedragen en tussentijds kijken of alles wel goed gaat. Omdat we de stamcellen tussen de elektronica en het lichaam plaatsen, herkent het lichaam de elektrodes niet. Het merkt alleen de spiercellen op en maakt daarom geen littekenweefsel aan”, legt Barone uit. Op deze manier lukte het om zenuwprikkels vanuit het motorische deel van het rattenbrein naar de prothesepootjes te sturen. Vier weken later werkte de neurale brug nog steeds perfect.
Brein-machine-interfaces
“Deze interface kan een revolutie betekenen in de manier waarop wij met technologie omgaan”, reageert onderzoeker Amy Rochford. “Door levende menselijke cellen in contact te brengen met bio-elektronisch materiaal hebben we een systeem ontwikkeld dat op een natuurlijkere en intuïtieve manier kan communiceren met de hersenen. Dit biedt nieuwe mogelijkheden voor protheses, maar ook voor brein-machine-interfaces en zelfs het verbeteren van cognitieve vaardigheden staat op de agenda.”
“Het was heel onzeker of ons onderzoek vruchten zou gaan afwerpen”, aldus professor George Malliaras nog. “Dit is een van die projecten waarbij je geen idee hebt of het twee of tien jaar gaat duren voordat er resultaat wordt geboekt, maar het ging buitengewoon voorspoedig. We zijn enorm blij dat het gelukt is.”
