Μια νέα εποχή ξημερώνει στην Ιατρική: σε αυτήν τα gadget μετατρέπονται σε ιατρικά εργαλεία, εμφυτεύονται στον οργανισμό και διενεργούν ενδελεχείς ελέγχους σχετικά με σοβαρές ασθένειες. Μεταξύ των «συγγραφέων» του νέου κεφαλαίου που αναμένεται να γραφτεί στο …e-book της ζωής εκατομμυρίων ασθενών είναι και ειδικοί του ΜΙΤ, συμπεριλαμβανομένου του ερευνητή κ. Χριστόφορου Βασιλείου, ο οποίος εκπονεί αυτή τη στιγμή τη διδακτορική διατριβή του επάνω σε έναν εμφυτεύσιμο αισθητήρα που αναμένεται να φέρει επανάσταση στην παρακολούθηση δύο μεγάλων εχθρών της δημόσιας υγείας, του καρκίνου και των εμφραγμάτων. Σε ό,τι αφορά τον καρκίνο ο μικροσκοπικός αισθητήρας υπόσχεται να καταργήσει τις επαναλαμβανόμενες βιοψίες που διενεργούνται σήμερα για τον έλεγχο της ανάπτυξης των καρκινικών όγκων, ενώ στο «μέτωπο» των εμφραγμάτων δίνει ελπίδα για εντοπισμό των «σιωπηλών» καρδιακών επεισοδίων, ακόμη και για πρόληψή τους.
Οπως εξηγεί ο κ. Βασιλείου στο «Βήμα», η ιδέα για τη νέα προσπάθεια βασίστηκε ουσιαστικώς στο «η ισχύς εν τη ενώσει»: «Στο πεδίο της χρήσης της συσκευής ενάντια στον καρκίνο ένωσαν τις δυνάμεις τους μηχανολόγοι, ογκολόγοι και κλινικοί ερευνητές. Στο δικό μας εργαστήριο, επικεφαλής του οποίου είναι ο καθηγητής του Τμήματος Επιστήμης Υλικών και Μηχανικής Μάικλ Σίμα, είχε ήδη αναπτυχθεί τεχνολογία που αφορούσε τη χρήση μικροκάψουλας για τη μεταφορά φαρμάκων εντός του οργανισμού ασθενών με καρκίνο». Το σκεπτικό πίσω από τη χρήση της συγκεκριμένης τεχνολογίας είναι να εκλύεται με αργούς ρυθμούς μια μεγάλη ποσότητα φαρμάκου στους όγκους χωρίς να «πλήττονται» τα υγιή κύτταρα που τους περιβάλλουν. «Η λογική αυτή έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τη συμβατική χημειοθεραπεία, κατά την οποία το φάρμακο εισέρχεται στη ροή του αίματος και στο “διάβα” του εξολοθρεύει πολλά υγιή κύτταρα, ενώ τελικά στο απαιτούμενο σημείο φθάνει μικρή σχετικώς ποσότητα φαρμάκου» σημειώνει ο κύπριος ερευνητής.
Εχοντας στα χέρια της αυτό το ισχυρό «όπλο» η ομάδα του καθηγητή Σίμα ήλθε σε επαφή με ογκολόγους καθώς και με ερευνητές που είχαν αναπτύξει νανοσωματίδια «εξοπλισμένα» με αντισώματα. «Τα αντισώματα προσδένονται κάθε φορά σε διαφορετική πρωτεΐνη, ανάλογα με τη νόσο που επιθυμούμε να στοχεύσουμε. Τα νανοσωματίδια που φέρουν επάνω τους τα αντισώματα συγκεντρώνονται γύρω από την πρωτεΐνη-στόχο και με χρήση μαγνητικού τομογράφου καθίσταται δυνατή η μέτρηση των ποσοτήτων της πρωτεΐνης» διευκρινίζει ο κ. Βασιλείου.
Από την καραμέλα στην κάψουλα
Το «πάντρεμα» αυτών των τεχνολογιών επέτρεψε τη… γέννηση του νέου μίνι εργαστηρίου ελέγχου του καρκίνου που αφορά χρήση ανιχνευτών που τοποθετούνται στα κατάλληλα σημεία του σώματος. Η πρώτη μορφή της συσκευής μοιάζει με… καραμέλα, ωστόσο, όπως υπογραμμίζει ο κύπριος ερευνητής, η ομάδα βρίσκεται ήδη σε διαδικασία αλλαγής του σχήματος και του μεγέθους της. Για ποιον λόγο; «Αυτή τη στιγμή η συσκευή-καραμέλα έχει διάμετρο περί τα πέντε χιλιοστόμετρα και για την εισαγωγή της απαιτείται η διενέργεια μιας μικρής τομής στο δέρμα. Θέλουμε να αποκτήσει ο αισθητήρας μικρότερο πλάτος (περίπου δύο χιλιοστόμετρα) και μεγαλύτερο μήκος (περίπου 10 χιλιοστόμετρα) ώστε να τοποθετείται ευκολότερα στον οργανισμό κατά τη διάρκεια βιοψίας η οποία ούτως ή άλλως διεξάγεται στο πλαίσιο ελέγχου του καρκίνου. Εχουμε ήδη φτιάξει ένα πρωτότυπο της συσκευής νέας γενεάς».
Ο εμφυτεύσιμος αισθητήρας είναι φτιαγμένος από πλαστικό και αποτελείται από δύο μέρη: στη βάση του μπαίνουν τα μαγνητικά νανοσωματίδια τα οποία είναι φτιαγμένα από οξείδιο του σιδήρου και έχουν επάνω τους τα απαιτούμενα ανάλογα με την περίπτωση αντισώματα. Επάνω στη βάση τοποθετείται μια ημιδιαπερατή πλαστική μεμβράνη η οποία έχει πόρους και επιτελεί ένα «πονηρό» έργο: επιτρέπει στις πρωτεΐνες του οργανισμού να εισέλθουν στην κάψουλα, ωστόσο αποτρέπει τα νανοσωματίδια από το να «δραπετεύσουν» από αυτήν. Την κάψουλα ολοκληρώνει ένα ακόμη τμήμα το οποίο λειτουργεί ως «καπάκι» που κλείνει ολόκληρη τη συσκευή με τρόπο ώστε τα μόρια του οργανισμού να περνούν εντός της μόνο μέσω της μεμβράνης.
Η παλαιότερης γενεάς συσκευή έχει ήδη δοκιμαστεί σε ποντίκια στα οποία είχαν εγχυθεί προηγουμένως ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα, όπως σημειώνουν οι ερευνητές σε πρόσφατη δημοσίευσή τους στο επιστημονικό περιοδικό «Biosensors and Bioelectronics». Ο αισθητήρας λειτούργησε σωστά και η μαγνητική τομογραφία έδειξε ότι οι όγκοι συνέχισαν να αναπτύσσονται.
Μαζί με τη βιοψία
Το γενικότερο σκεπτικό των ερευνητών σε ό,τι αφορά τον καρκίνο είναι να εισάγεται το σύστημα στο σημείο-στόχο κατά τη διάρκεια βιοψίας και με εξωτερικά μηχανήματα να γίνεται η μέτρηση των μορίων-δεικτών της νόσου, όπως είναι η ανθρώπινη χοριακή γοναδοτροπίνη (hCG), μια ορμόνη που υπερπαράγεται από τους καρκινικούς όγκους των όρχεων και των ωοθηκών. Σύμφωνα με τον κ. Βασιλείου, η πρωτοποριακή κάψουλα μπορεί να φανεί χρήσιμη σε ό,τι αφορά τον έλεγχο διαφορετικών μορφών καρκίνου, «αρκεί τα καρκινικά κύτταρα της κάθε μορφής της νόσου να παράγουν μια πρωτεΐνη η οποία εκλύεται και κυκλοφορεί και έξω από αυτά».
Οι ειδικοί του ΜΙΤ οραματίζονται μια ημέρα κατά την οποία η συσκευή τους θα μπορεί να εμφυτεύεται ακόμη και σε άτομα που δεν έχουν εμφανίσει καρκίνο αλλά ανήκουν σε ομάδες «υψηλού κινδύνου» για την ασθένεια (π.χ. άτομα με βεβαρημένο οικογενειακό ιστορικό). «Το εμπόδιο αυτή τη στιγμή είναι ότι η ιατρική δεν έχει προχωρήσει τόσο ώστε να μπορούν οι ειδικοί να γνωρίζουν ποια μορφή καρκίνου εκλύει ποια ακριβώς πρωτεΐνη και σε τι ποσότητες. Εάν αποκτήσουμε κάποια στιγμή αυτούς τους δείκτες, τότε θα είναι δυνατόν να προσαρμόσουμε τη συσκευή μας με χρήση των κατάλληλων αντισωμάτων για “σκανάρισμα” διαφορετικών μορφών της νόσου».
Πολύτιμο pH
Μάλιστα οι ερευνητές του ΜΙΤ προσπαθούν να πάνε τη μελέτη τους ένα βήμα πιο πέρα ξεφεύγοντας από τη λογική της αποκλειστικής μέτρησης πρωτεϊνών και στρεφόμενοι προς τη μέτρηση των επιπέδων pH. «Οι δείκτες αυτοί είναι πιο γενικοί, άρα πιο χρήσιμοι. Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πριν από δύο έτη έδειξε ότι όταν τα καρκινικά κύτταρα πεθαίνουν, εμφανίζεται μετρήσιμη πτώση του pH εντός 24 ωρών». Με βάση αυτή τη γνώση οι επιστήμονες στη Μασαχουσέτη ελπίζουν ότι θα αναπτύξουν μια συσκευή που θα τοποθετείται στο σημείο του όγκου και θα μετρά το pH, προσφέροντας μέσα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το αν μια θεραπεία είναι αποτελεσματική. «Μέχρι σήμερα χρειάζεται να γίνει ολόκληρος κύκλος θεραπείας προτού εκτιμηθεί εάν όντως αυτή έχει αποτέλεσμα. Οι νέου τύπου συσκευές θα προσφέρουν πολύ γρήγορα γνώση για την πορεία της θεραπείας και θα επιτρέπουν άμεση αλλαγή της σε περίπτωση που φαίνεται ότι δεν είναι αρκούντως δραστική» αναφέρει ο κ. Βασιλείου και προσθέτει ότι ίσως οι αλλαγές του pH των κυττάρων αποτελέσουν «κλειδί» για τη διάγνωση και την παρακολούθηση και άλλων νόσων. «Κάποιες μελέτες έχουν δείξει ότι οι αλλαγές του pH μπορούν να δείξουν και καρδιολογικά προβλήματα, ωστόσο απαιτείται περαιτέρω δουλειά στο συγκεκριμένο πεδίο προτού εξαγάγουμε οριστικά συμπεράσματα».
Και για τα εμφράγματα
Η νέα συσκευή όμως μπορεί στο μέλλον να σώσει και… καρδιές. Μελέτη των ειδικών του ΜΙΤ έδειξε ότι μετά από ένα έμφραγμα τα καρδιακά κύτταρα εκλύουν πρωτεΐνες οι οποίες εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίματος. «Μέσα από πειράματα είδαμε ότι τοποθετώντας τη συσκευή οπουδήποτε στο σώμα – για παράδειγμα ακριβώς κάτω από το δέρμα στο χέρι ή στο πόδι – μπορούμε με χρήση αντισωμάτων να εντοπίσουμε αυτές τις πρωτεΐνες οι οποίες δεν εκλύονται εάν δεν έχει προκληθεί καρδιακό επεισόδιο». Οπως εξηγεί ο κύπριος ερευνητής, η μέτρηση αφορά τρεις πρωτεΐνες και συγκεκριμένα τις τροπονίνη, μυοσφαιρίνη και κρεατινοκινάση ΜΒ (CK-MB).
Η ερευνητική ομάδα έχει ήδη μελετήσει τη χρήση της συσκευής σε… καρδιοπαθή ποντίκια. Μετά την εισαγωγή του ανιχνευτή κάτω από το δέρμα των τρωκτικών, οι ερευνητές τούς προκάλεσαν καρδιακό επεισόδιο. Με χρήση της κάψουλας ήταν σε θέση να μετρήσουν πλήρως το μέγεθος της βλάβης: όσο περισσότερη ποσότητα πρωτεϊνών συσσωρευόταν στη συσκευή, τόσο βαρύτερο ήταν το καρδιακό επεισόδιο και τόσο εντονότερο το σήμα της μαγνητικής τομογραφίας.
Σύμφωνα με τον κ. Βασιλείου η συγκεκριμένη τεχνολογία θα μπορούσε να αποδειχθεί άκρως χρήσιμη σε άτομα που υφίστανται «σιωπηλά» καρδιακά επεισόδια ή σε ασθενείς που έχουν ήδη υποστεί ένα επεισόδιο και αντιμετωπίζουν κίνδυνο δεύτερου επεισοδίου. Ισως μελλοντικά να καθίσταται δυνατή η τοποθέτησή της ακόμη και σε άτομα υψηλού κινδύνου για καρδιακό επεισόδιο τα οποία θα λαμβάνουν εγκαίρως μια ηχηρή προειδοποίηση μέσω της συσκευής ώστε να επισκεφθούν τον γιατρό τους.
Ζητούνται αντισώματα μακράς πνοής
Ωσπου να φθάσει όμως εκείνη η ημέρα υπάρχουν αρκετοί «σκόπελοι»: «Το κύριο πρόβλημα σε ό,τι αφορά μια τόσο μακροπρόθεσμη χρήση της συσκευής εντός του οργανισμού είναι να δημιουργήσουμε αντισώματα που θα αντέχουν στον χρόνο, που θα έχουν ζωή τουλάχιστον έξι μηνών ή ενός έτους. Τα αντισώματα που έχουμε χρησιμοποιήσει μέχρι τώρα στην έρευνα του καρκίνου έχουν περίπου έναν μήνα ζωής. Είμαστε όμως αισιόδοξοι καθώς διαφορετικές ερευνητικές ομάδες έχουν ριχθεί στη μάχη της ανάπτυξης αντισωμάτων που θα ζουν πολύ». Οι επιστήμονες του ΜΙΤ ελπίζουν ότι κάποια στιγμή θα μπορούν να τοποθετούν την κάψουλα στον ασθενή με στόχο την παρακολούθηση της καρδιακής λειτουργίας του και ύστερα από αρκετά μεγάλο διάστημα – π.χ. έναν χρόνο – θα την αφαιρούν ώστε να τη «φορτώσουν» με νέα αντισώματα και θα την επανατοποθετούν κάτω από το δέρμα του. Ετσι ο ασθενής θα έχει μονίμως ένα… εργαστήριο μέσα του.
Πότε αυτή η «science-fiction» για τους απλούς θνητούς συσκευή θα μπορούσε να φθάσει στο… σώμα των ασθενών που την έχουν ανάγκη; Ο κύπριος ερευνητής εκτιμά ότι μέσα σε μια πενταετία θα ξεκινήσουν πιθανώς οι πρώτες δοκιμές σε ανθρώπους. Για να φθάσουμε στον άνθρωπο πρέπει όμως να γίνουν τα σωστά βήματα. Ετσι τα επόμενα πειράματα των ειδικών, τα οποία εκτιμάται ότι θα ξεκινήσουν σε δύο-τρία χρόνια, θα αφορούν κατοικίδια ζώα, όπως σκυλιά με καρκίνο.
Αν πριν από μερικές δεκαετίες μας έλεγε κάποιος ότι η υψηλή τεχνολογία θα βρισκόταν παντού γύρω μας και θα γινόταν αναπόσπαστο κομμάτι της ζωής μας, θα ήμαστε το λιγότερο σκεπτικοί. Αν λοιπόν δούμε τα πράγματα από λίγο πιο hi-tech πρίσμα και λάβουμε υπόψη μας τον καλό δρόμο που έχουν πάρει οι έρευνες του ΜΙΤ, τότε δεν θα είναι δύσκολο να φανταστούμε την ημέρα που η πιο προηγμένη τεχνολογία θα «ζει» όχι μόνο γύρω μας αλλά και εντός μας!
ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΣ ΣΤΟ… ΧΕΡΙ
Βήμα-βήμα η διαδικασία εμφύτευσης και λειτουργίας του μίνι εργαστηρίου. Αρχικά η κάψουλα που περιέχει νανοσωματίδια εμφυτεύεται στο κατάλληλο σημείο στον οργανισμό (1). Η ημιδιαπερατή μεμβράνη επιτρέπει στις πρωτεΐνες-στόχους να εισέλθουν στην κάψουλα (2). Τα νανοσωματίδια της κάψουλας συγκεντρώνονται γύρω από τις πρωτεΐνες (3) και οι ειδικοί μπορούν να μετρήσουν τις πρωτεΐνες με χρήση μαγνητικού τομογράφου (4).
(Πηγή: ΜΙΤ)
Πρόοδος έχει συντελεστεί και στο πεδίο των εξωτερικών συστημάτων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των πρωτεϊνών μέσω του εντοπισμού των νανοσωματιδίων, όπως αναφέρει ο ερευνητής του ΜΙΤ κ. Χριστόφορος Βασιλείου.
Το πρωτότυπο του συστήματος έχει «συρρικνωθεί» σε σχέση με τον συμβατικό μαγνητικό τομογράφο, ωστόσο δεν έχει επιτευχθεί ακόμη το να γίνει φορητό. Απώτερος στόχος είναι να δημιουργηθούν μελλοντικά φορητοί «σαρωτές» τους οποίους θα χρησιμοποιούν οι γιατροί ή και οι ίδιοι οι ασθενείς στο σπίτι τους για έλεγχο του καρκίνου αλλά και των καρδιακών επεισοδίων.
«Αρχικώς εκτιμούμε ότι η μέτρηση θα γίνεται στο ιατρείο με αυτό το φορητό σύστημα. Αργότερα όμως ελπίζουμε ότι θα επιτύχουμε χρήση στο σπίτι από τους ασθενείς, κάτι αντίστοιχο με το σύστημα μέτρησης της πίεσης.
Τα στοιχεία που θα λαμβάνονται θα είναι δυνατόν να αποστέλλονται αυτομάτως στον γιατρό. Η συσκευή θα μπορούσε, ακόμη και αν δεν δώσει συγκεκριμένες δύσκολες στην ανάγνωση πληροφορίες για έναν ασθενή, να του “λέει” ότι έφθασε η ώρα να επισκεφθεί τον ειδικό.
Ελπίζουμε ότι με τη μακροπρόθεσμη παρακολούθηση στο σπίτι θα μπορούμε να έχουμε πρόληψη σοβαρών νόσων». Πρώτοι στη λίστα της εμφύτευσης των συσκευών θα είναι βέβαια οι ασθενείς υψηλού κινδύνου, αφού προφανώς δεν είναι δυνατόν να γίνει τοποθέτησή τους σε ολόκληρο τον πληθυσμό.
«ΜΑΓΝΗΤΑΚΙΑ» ΧΑΡΙΖΟΥΝ ΟΡΑΣΗ
Αν κάποιος σας έλεγε ότι μια ημέρα μικρορομπότ θα εισάγονται μέσα στα ανθρώπινα μάτια προκειμένου να τα θεραπεύσουν από σοβαρές παθήσεις όπως η εκφύλιση της ωχράς κηλίδας (η πιο συχνή αιτία τύφλωσης ηλικιωμένων στον δυτικό κόσμο), θα πιστεύατε ότι μάλλον αστειεύεται. Και όμως ειδικοί του Ινστιτούτου Ρομποτικής και Εξυπνων Συστημάτων (ΙRIS) στη Ζυρίχη της Ελβετίας με επικεφαλής τον καθηγητή Μπράντλι Νέλσον δεν έχουν πάρει καθόλου στα αστεία αυτή την υπόθεση – το αντίθετο μάλιστα.
Οι ερευνητές, μεταξύ των οποίων και ο Ελληνας κ. Χρήστος Μπεργελές, έχουν σχεδιάσει ένα σύστημα το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματική χορήγηση φαρμάκων για την αντιμετώπιση της εκφύλισης της ωχράς κηλίδας. Οπως εξηγεί ο κ. Μπεργελές στο «Βήμα», το σκεπτικό της συγκεκριμένης έρευνας είναι το να κινούν οι ειδικοί μικροσκοπικά μαγνητικά αντικείμενα σε όλες τις διαστάσεις. «Τα εξελιγμένα ρομποτάκια που χρησιμοποιούμε το τελευταίο διάστημα είναι ουσιαστικώς μαγνητάκια με μήκος 2,4 χιλιοστά και πλάτος 0,38 χιλιοστά. Πρόκειται για συσκευές με μικρό πλάτος, ακριβώς επειδή στόχος μας είναι να μπορούν να μπουν σε σύριγγα και να εισαχθούν στα μάτια στο πλαίσιο μιας ελάχιστα επεμβατικής διαδικασίας».
Τα μικρορομποτάκια έχουν σωληνοειδές σχήμα και είναι κούφια προκειμένου να μπαίνει στο εσωτερικό τους η φαρμακευτική ουσία. Ο σωλήνας είναι φτιαγμένος από ένα μαγνητικό υλικό και μπορεί να επικαλυφθεί με υλικά βιοσυμβατά με τον ανθρώπινο οργανισμό, όπως π.χ. το τιτάνιο που χρησιμοποιείται ήδη ευρέως στην ορθοπαιδική. Στο μπροστινό μέρος της η συσκευή έχει μια βελόνα που λειτουργεί σαν άγκιστρο προκειμένου να «αγκυροβολεί» στο επιθυμητό σημείο μέσα στο μάτι. Το μικρορομπότ καθοδηγείται από ένα νέο ηλεκτρομαγνητικό σύστημα που ανέπτυξαν οι ερευνητές από τη Ζυρίχη. Το σύστημα αυτό αποτελείται από οκτώ ηλεκτρομαγνήτες που δημιουργούν μαγνητικό πεδίο και καθοδηγούν τη συσκευή εντός του ματιού. «Με ένα οφθαλμοσκόπιο εμείς ελέγχουμε την πορεία της συσκευής και επεξεργαζόμαστε τις εικόνες» σημειώνει ο κ. Μπεργελές.
Εναντίον εκφύλισης ωχράς κηλίδας
Σήμερα η πιο κοινή θεραπεία για την εκφύλιση της ωχράς κηλίδας αφορά ενέσεις ενός φαρμάκου στο μάτι. Ωστόσο η φαρμακευτική ουσία διαχέεται γρήγορα μετά την έγχυση στον αμφιβληστροειδή με αποτέλεσμα να απαιτείται τακτική χορήγηση των ενέσεων για να φθάνει η απαιτούμενη ποσότητα του φαρμάκου στις πληγείσες από την ασθένεια περιοχές. Το νέο μικρορομπότ θα επιτρέπει την αργή και στοχευμένη έκλυση του φαρμάκου αφού η συσκευή θα μπορεί να παραμένει εντός του οφθαλμού επί μήνες. Σύμφωνα με τον έλληνα ερευνητή πειράματα που διεξάγουν φαρμακευτικές εταιρείες δείχνουν ότι μελλοντικά θα μπορούν να εισάγονται εντός της συσκευής αμπούλες φαρμάκων που θα εκλύουν την ουσία έως και επί 24 μήνες.
Μέχρι στιγμής τα πειράματα έχουν διεξαχθεί μόνο σε οφθαλμούς χοίρων που είχαν ληφθεί μετά τον θάνατό τους. Ωστόσο η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει σύντομα μελέτες σε ζώντα πειραματόζωα. «Εκτιμούμε ότι μέσα στο έτος θα λάβουμε έγκριση για έναρξη πειραμάτων σε λαγούς ή χοίρους» λέει ο κ. Μπεργελές. Παραδέχεται πάντως ότι ο δρόμος είναι ακόμη μακρύς μέχρι την ημέρα που η φουτουριστική συσκευή θα φθάσει σε δοκιμές σε ανθρώπους. Σε κάθε περίπτωση και αυτή η μελέτη αποτελεί άλλο ένα τρανταχτό παράδειγμα του hi-tech μέλλοντος της ιατρικής.
