人間の脳をエミュレートする切手サイズのマイクロチップはアルツハイマー病の治療をスピードアップする可能性がある |テクノロジー

チップ上の人間の脳について話すと、まるで SF 映画のようで、あたかもサイボーグの悪役に命を与える装置であるかのように聞こえます。しかし、ブラガのイベリア国際ナノテクノロジー研究所（INL）の化学生物学者であるラケル・ロドリゲス博士は、そのような装置がナノテクノロジーの開発の鍵となると考えている。 最も効果的な治療法 アルツハイマー病などの重篤な神経疾患に。 「脳は非常に複雑で謎に満ちた器官です」とロドリゲス氏は言う。 「実験コンポーネントと細胞の電子モニタリングは、 それがどのように機能するかを理解する”。

EUの研究資金のおかげで、ロドリゲス氏と彼のINL研究者チームは、2024年2月に終了した2年間のプロジェクトであるBrainChip4MEDの一環として、脳を模倣したユニークなマイクロチップを作成することができた。

この研究には、オルガン・オン・チップ（OoC）とバイオセンサーの開発の先駆者であるハーバード大学医学部のブリガム・アンド・ウィメンズ病院への12か月の出向も含まれていた。研究者らが開発したこの独創的な小型デバイスは、コンピューターやスマートフォンのチップのように見えますが、それ以上のものです。 より複雑な。

チップ上の脳は脳の機能をシミュレートし、 化学を組み合わせる工学と生物学を活用して、微生物センサーの複雑なシステムを作成し、新しいナノ療法をリアルタイムでスクリーニングできるようにします。

このチップには、液体が通過できるサイズの数十から数百マイクロメートルのマイクロチャネルが多数あり、マイクロ流体工学と呼ばれる技術で機能します。これにより、非常に少量の製品を分析し、多くのサンプルを一度に検査できるため、テストの全体的なコストが削減されます。

脳の保護バリア

研究者らの主な目的の 1 つは、次のことを達成することでした。 薬を開発する 血液脳関門として知られるものを通過することができます。この密集した細胞層は、血液中に存在する可能性のある毒素、細菌、その他の有害物質から脳を保護します。脳組織を血流から隔てるこの障壁を通過できるのは、最小の分子だけです。その保護機能は非常に重要ですが、神経障害を治療する薬の開発の試みも挫折させられてきました。

目的とするあらゆる薬剤 脳を治療する 目的に到達するには、この膜を通過する必要があります。しかし、人体での臨床試験が行われていないため、薬物が脳に浸透するかどうかを判断する適切な方法はほとんどありません。 「現在、アルツハイマー病の治療薬として市販されているのは 4 種類だけですが、実際にアルツハイマー病を治療できるものはなく、症状を治療するだけです」とロドリゲス氏は説明します。

「製薬業界は医薬品に多額の資金を投資しなければならないからです」 確かなことは分からないまま 血液脳関門を通過するかどうか。だから彼らはそんなことしないんです」と彼は言う。製薬会社は、医薬品の開発に数百万ドルを投資しても、この障壁を越えることができないことが判明する可能性があります。 EUがINLで開発したこの新しい脳シミュレータチップに割り当てた資金は、この問題を解決するものである。

チップ上の生活を模倣する

研究チームは、血液脳関門膜を生体有機材料でチップ上に再現した。 「それが私たちの仕事を際立たせるものです」とロドリゲスは言います。 「私たちは脳の障壁によく似た生体膜を使用しています。他のデバイスは、ポリマーコンポーネントで作られた物理的バリアを使用します。私たちは生物学的なもののほうが優れていると考えています。」

この新しく改良されたブレイン・オン・チップを使用すると、研究者は実験薬をチップに注入してその効果を分析し、脳に浸透する能力をテストできるようになります。目標は、この種の医薬品の開発方法を変えることです。現在、これらの試験は主に動物に対して行われており、これには一連の倫理的および実際的な問題が伴います。このようなタイプのチップ上の臓器は、従来の動物実験に代わる可能性を示しています。

「動物の脳は人間の脳とは異なります」とロドリゲス氏はコメントした。 「したがって、開発中の医薬品の中に失敗に終わったものが多数あります。動物実験で得られる結果は必ずしも正しいとは限らない 彼らは人間の体内で繁殖します”。多くのことが危険にさらされています。脳障害は、今日存在する最大の健康問題の 1 つです。ヨーロッパ人は約1億6,500万人と推定されています 脳障害を患っている。 3 人に 1 人が、人生のある時点で神経障害または精神障害を患うことになります。

欧州の医療予算の総コストは年間 8,000 億ユーロと推定されており、人口の高齢化に伴って増加すると予想されています。これらは、アルツハイマー病やパーキンソン病などのよく知られた神経変性疾患です。また、てんかん、うつ病、脳卒中、片頭痛、睡眠障害、外傷性脳損傷、疼痛症候群、依存症などの疾患もカバーしています。

大きな前進

INL は、ポルトガルとスペインの政府が共同出資しているヨーロッパの有力な研究機関です。 EU と産業界からも資金提供を受けています。 INLのナノ医療研究グループのディレクターであるマヌエル・バニョブレ・ロペス博士は、新しいチップのために開発された研究を監督しています。 「INLでは、BrainChip4MEDプロジェクトで開発するチップの種類を研究する分野であるマイクロ流体工学で豊富な経験があります」とバニョブレ・ロペス氏は説明した。

ただし、バニョブレ氏は、チップ上の脳を使用できるようになるまでには、まだもう少し待つ必要があると警告しています。プロトタイプはすでに完成していますが、完成させる必要があります。また、投与される薬剤と併用できることを確認するために、厳格なテストを受ける必要があります。 人間の患者。このプロセスだけでも何年もかかります。

しかし、研究者らは楽観視している。 「私たちはアルツハイマー病と闘わなければなりません。アルツハイマー病は世界中で最も多くの問題を引き起こす神経疾患の一つです」とロドリゲス氏は語った。 「そのためには、新しい薬を発見しなければなりません。 「私たちのテクノロジーはその方向への大きな一歩です。」

この記事で言及されている研究は、Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) を通じて資金提供されています。インタビューを受けた人々の意見は、必ずしも欧州委員会の意見を反映しているわけではありません。

最初に掲載された記事 地平線欧州連合の研究とイノベーションの雑誌。