10
ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑ
ΕΡΕΥΝΑ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ | 06 - 08/2015
Έλληνες ερευνητές στο Ίδρυμα Τεχνολογίας & Έρευνας (ΙΤΕ) και στο Πα-
νεπιστήμιο Κρήτης αναπτύσσουν τρισδιάστατες βιομιμητικές σκαλω-
σιές-ικριώματα πυριτίου (το υλικό των μικροτσίπ) για την καλλιέργεια
νευρώνων και νευρικών βλαστικών κυττάρων με στόχο την ανάπτυξη
νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων των νευροεκφυλιστικών νόσων. Τα
ενδιαφέροντα ευρήματα των Ελλήνων ερευνητών δημοσιεύονται στο
περιοδικό Biomaterials, το κορυφαίο διεθνώς επιστημονικό έντυπο στον
τομέα των Βιοϋλικών.
Με τη βοήθεια προηγμένων τεχνικών κατεργασίας με ακτινοβολία λέιζερ,
ερευνητές από το ΙΤΕ κατάφεραν να σμιλεύσουν μικροσκοπικές τρισδιά-
στατες βιομιμητικές σκαλωσιές-ικριώματα από κώνους στην επιφάνεια
μικροτσίπ πυριτίου, επάνω στις οποίες στη συνέχεια αναπτύχθηκαν επι-
τυχώς δίκτυα διαφόρων τύπων νευρικών κυττάρων. Εκμεταλλευόμενοι
τη μοναδικής ακρίβειας μικροχάραξη με ακτίνες λέιζερ, ανέπτυξαν τρισ-
διάστατα μικρο-ικριώματα ειδικών γεωμετρικών χαρακτηριστικών που
επιτυγχάνουν να ελέγξουν τον προσανατολισμό και την αλληλεπίδραση
των νευρώνων και των νευραξόνων ενός νευρωνικού δικτύου.
Όπως επισημαίνει ο ερευνητής Εμμανουήλ Στρατάκης: "H μορφολογία
και ιδιαίτερα η κατεύθυνση, ο προσανατολισμός ενός δικτύου νευρικών
κυττάρων εξαρτάται, σύμφωνα με τη μελέτη μας, σε μεγάλο βαθμό από
συγκεκριμένα γεωμετρικά μορφολογικά χαρακτηριστικά του υποστρώ-
ματος ανάπτυξης και διεπαφής. Ως γνωστόν, η επικοινωνία μεταξύ των
νευρικών κυττάρων πραγματοποιείται μέσω ηλεκτρικών σημάτων, τα
οποία μεταφέρονται από τους νευράξονες τους, υπό τη μορφή ενός τύ-
που βιο-ηλεκτρικού κυκλώματος. Μέσω της καλλιέργειας των νευρικών
κυττάρων επάνω σε ένα κατάλληλα διαμορφωμένο υπόστρωμα με τη
μορφή μικροτσίπ (Neurochip) δίνεται στους ειδικούς η δυνατότητα να
καταγράψουν και να χαρακτηρίσουν τα σήματα αυτά αλλά και να με-
ταδώσουν προς τα κύτταρα εξωτερικό ηλεκτρικό ερέθισμα. Αυτές οι
τρισδιάστατες μικρο-κατασκευές έχουν την δυνατότητα να μιμηθούν τις
ιστιδικές δομές που υποστηρίζουν τους νευρώνες και τα γλοιακά κύτταρα
στον ζώντα εγκέφαλο, με αποτέλεσμα να βοηθούν σημαντικά στη φυσιο-
λογικότερη, δυναμική λειτουργία των νευρώνων".
Από την πλευρά του ο Καθηγητής και Ερευνητής του ΙΤΕ Αχιλλέας Γραβά-
νης τονίζει ότι απώτερο στόχο της έρευνας αποτελεί η δημιουργία μιας
κατάλληλα διαμορφωμένης μικροσυσκευής (Brain-on-Chip), η οποία να
ελέγχει την ανάπτυξη του νευρικού δικτύου και ταυτόχρονα να καταγρά-
φει την απόκρισή του σε εξωτερικά ερεθίσματα. Βασικός στόχος του ερευ-
νητικού έργου που χρηματοδοτήθηκε κυρίως από το European Research
Council (ERC) National Initiative, και στο οποίο είναι επιστημονικός υπεύ-
θυνος, είναι η ανάπτυξη μίας καινοτόμου πλατφόρμας για τη μελέτη της
βιολογικής συμπεριφοράς των νευρώνων σε τρισδιάστατες συνθήκες ex
vivo που μιμούνται πιστότερα τις συνθήκες του ζώντος εγκεφάλου.
Οι καλλιέργειες νευρώνων δύο διαστάσεων σε ειδικά τρυβλία έχουν χρη-
σιμοποιηθεί σε ευρεία κλίμακα για την ανακάλυψη νέων φαρμάκων που
στοχεύουν ασθένειες του εγκεφάλου. Η αποτελεσματικότητα ενός φαρ-
μάκου στις καλλιέργειες νευρώνων δύο διαστάσεων παρέχει τα πρώτα
θετικά δεδομένα, ώστε αυτό να δοκιμαστεί σε ζώντα πειραματόζωα και
κατόπιν στον άνθρωπο.
Από την παραπάνω διαδικασία καθίσταται σαφές ότι η ανακάλυψη νέων
φαρμάκων απαιτεί πολύ χρόνο και εξαιρετικά πολλά χρήματα, ενώ ένας
σημαντικός αριθμός των υποψήφιων φαρμάκων, δραστικών στις καλλι-
έργειες δύο διαστάσεων, αποτυγχάνει στις κλινικές δοκιμασίες στον άν-
θρωπο. Και αυτό γιατί οι υπό μελέτη νευρώνες σε καλλιέργειες δύο δι-
αστάσεων σε τρύβλια απαντούν πολλές φορές τελείως διαφορετικά στο
υπό μελέτη φάρμακο από ότι στις συνθήκες της τρισδιάστατης οργάνω-
σης του ζώντος εγκεφάλου.
Σύμφωνα με τον Α. Γραβάνη, η έρευνα στοχεύει ακριβώς στην ανάπτυξη
ενός νευροαισθητήρα στον οποίο θα φιλοξενούνται και αναπτύσσονται
σε τρισδιάστατες συνθήκες νευρικά βλαστικά κύτταρα και νευρώνες για
την ανίχνευση χημικών βιβλιοθηκών για νέες νευροπροστατευτικές και
νευροαναγεννητικές ουσίες με πιθανες θεραπευτικές εφαρμογές στα
νευροεκφυλιστικά νοσήματα και το εγκεφαλικό τραύμα. Επίσης, μελλο-
ντικά, μια τέτοια μικροσυσκευή θα μπορούσε να εξελιχθεί σε ένα έξυπνο
νευροεμφύτευμα σε περιοχές του εγκεφάλου που έχουν υποστεί βλάβες,
το οποίο θα προάγει την ελεγχόμενη ανάπτυξη και αναγέννηση υγιούς
νευρικού ιστού προς αποκατάσταση της νευροεκφυλιστικής βλάβης. Η
τεχνολογία αυτή θα μπορούσε μελλοντικά να βοηθήσει στην αντιμετώ-
πιση σοβαρών εκφυλιστικών νόσων, όπως π.χ. αυτές του Πάρκινσον, του
Αλτσχάιμερ ή οι τραυματικές βλάβες του νωτιαίου μυελού.
Η παραπάνω έρευνα είναι το αποτέλεσμα συνεργασίας των ερευνητικών
ομάδων του Εργαστηρίου Μικρο-ΝανοΔόμησης με Υπερβραχείς Παλ-
μούς Λέιζερ και της ομάδας Μηχανικής ιστών και αναγεννητικής ιατρικής
του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ με τη νέα Ερευνή-
τρια Χαρά Σιμιτζή και τους Ερευνητές Ανθή Ρανέλλα και Εμμανουήλ Στρα-
τάκη και του Εργαστηρίου Φαρμακολογίας της Ιατρικής Σχολής Παν/μιου
Κρήτης και του Εργαστήριου Αναγεννητικής Εμβιομηχανικής του Νευρι-
κού Ιστού του ΙΤΕ με τους μεταπτυχιακούς φοιτητές Πασχάλη Ευσταθό-
πουλο και Αλεξάνδρα Κουργιαντάκη, υπό την επίβλεψη του Επίκουρου
Καθηγητή Γιάννη Χαραλαμπόπουλο και του Καθηγητή και Ερευνητή του
ΙΤΕ Αχιλλέα Γραβάνη. Στην έρευνα συμμετείχε επίσης και η Καθηγήτρια
Ειρήνη Αθανασάκη από το εργαστήριο Ανοσολογίας του τμήματος Βιο-
λογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης, καθώς και ο Καθηγητής Κώστας Φω-
τάκης, Πρόεδρος του ΔΣ του ΙΤΕ και Αναπληρωτής Υπουργός Έρευνας και
Καινοτομίας.
Αξιοποιώντας την Έρευνα
info
ITE
Aρθρο των Ελλήνων ερευνητών στο περιοδικό Biomaterials
Έλληνες επιστήμονες αναπτύσσουν
λειτουργικά νευρικά
δίκτυα σε μικροτσίπ πυριτίου
Πλάγια όψη νευρικών κυττάρων οργανωμένων σε δίκτυο που έχουν αναπτύξει
πάνω σε μικροσκοπικά κωνικά ικριώματα πυριτίου σμιλευμένα από ακτίνες
λέιζερ.
