Na CEITEC VUT vyvíjí implantovatelná zařízení nabíjená mobilním telefonem

Profesor Eric Głowacki je vzděláním fyzikální chemik, ale v posledních patnácti letech se jeho práce postupně překlopila do biomedicíny. Po sedmi letech v Rakousku a pěti ve Švédsku zakotvil se svou manželkou a spolupracovnicí v Brně a aktuálně vede na CEITEC VUT vědeckou skupinu Bioelektronické materiály a systémy. Ta se zabývá zejména vývojem biomedicínských zařízení a postupů, které mohou bezdrátově stimulovat nervový systém. Eric Głowacki je v současnosti držitelem ERC grantu na projekt OPTEL-MED (Optoelektronická medicína – regulace nervových buněk pomocí světla).

V Brně jsme schopni dělat celý výzkum na jednom místě

V Brně jste od roku 2020, co vás sem přilákalo?

Po pěti letech ve Švédsku se mi naskytla zajímavá nabídka na CEITEC VUT v Brně a hned se mi tu zalíbilo. Je tu skvělé vybavení a laboratoře, zejména čisté prostory v CEITEC Nano jsou opravdu výjimečné. Postupně jsem pochopil, že Brno má spoustu dalších výhod. Při našem výzkumu na pomezí fyzikálních a biomedicínských věd potřebujeme součinnost biologů, lékařů nebo možnosti pro zavedení zvířecího a klinického výzkumu. To vše tady v Brně je. Ve Švédsku jsme veškeré experimenty museli dělat v zahraničí nebo ve Stockholmu, a to bylo organizačně a logisticky náročné. To, že jsme schopni dělat celý výzkum na jednom místě, rozhodlo: přesunuli jsme skupinu ze Švédska do Brna.

Implantovatelná zařízení nabíjené mobilem

Nejvíce času vám teď asi zabírá projekt OPTEL-MED. Můžete ho představit?

Projekt OPTEL-MED vychází z výzkumu, na kterém pracuju už skoro deset let. Jde o nápad, jak bezpečně napájet implantovatelné součástky v lidském těle. Do lidského těla můžeme implantovat ledacos, ale jsme limitováni prostorem. První problém tedy je, jak zmenšit součástky, které se dají chirurgicky zavést na místo, které nás zajímá. Proto se spousta lidí v oboru biomedicínského inženýrství zabývá problematikou bezdrátového napájení součástek, zejména tím, jak energii dostat nejen pod pokožku, ale i pod tlustší tkáň, třeba pod lebku. Před deseti lety jsme přišli s tím, že by bylo zajímavé použít infračervené záření, prostě optické světlo, a součástku napájet zjednodušeně řečeno solárním článkem. Existují vlnové délky, které dokážou proniknout skrz tkáň bez větších ztrát, a především naprosto bezpečným způsobem. Když si přiložíte prst na baterku na mobilu, tak vidíte červené světlo procházející skrz prst. Tento poznatek nás přivedl k nápadu vyrobit neurostimulační implantovatelná zařízení, která můžete napájet zvenčí právě pomocí jednoduchých světelných zdrojů.

A mobilní telefon s baterkou má v kapse každý.

Přesně tak. My můžeme udělat jednoduchou aplikaci, která bude světlo modulovat, aby došlo k digitálnímu přenosu informace. Pacient by si pak mohl telefon přiložit na implantát a spustit si ho sám, jen když ji potřebuje. 

Do roka budeme s jistotou vědět kam dál

V jaké fázi se teď výzkum nachází?

Máme za sebou řadu pokusů, které potvrzují, že tento postup funguje. Projekt OPTEL-MED se zaměřuje na to, abychom tuto metodu prokázali u několika zvířecích modelů, a to se nám povedlo. Máme za sebou testování na hmyzu a hlodavcích a chystáme se na prasata, což je poslední fáze před klinickou aplikací, ke které bychom se rádi přesunuli. To je velký krok a úplně se tady mění způsob přemýšlení o té technologii. Testování na velkých zvířatech je finančně i časově nákladné, takže než se do něj pustíme, chceme mít vytipovanou konkrétní aplikaci. Z vědeckého hlediska je to úspěch. Publikovali jsme řadu dobrých článků a odezva od vědecké komunity je velice pozitivní, teď ovšem přemýšlíme, co dává byznysově největší smysl. OPTEL-MED poběží do konce roku 2025, což je v podstatě za chvíli. Takže teď uvažujeme nad tím, kam budou směřovat naše další kroky. Myslím, že do roka už budeme s jistotou vědět, jak to bude dál.

O jakých aplikacích tedy uvažujete?

Původní nápad byl cílit na krční část bloudivého nervu, jehož stimulace se používá pro léčbu různých forem epilepsie nebo zánětlivých onemocnění, zejména Crohnovy choroby. Existují studie, podle kterých stimulace bloudivého nervu úplně změnila pacientům život, a několik takových jsem i potkal. Dnes se to dělá tak, že se pod klíční kost implantuje kardiostimulátor a pak se vyvedou dráty do krku až k bloudivému nervu. Jenže potřebný chirurgický zákrok je velice náročný, invazivní, a je jen málo chirurgů, kteří si na to troufnou.

Váš stimulátor je ale podstatně menší, takže by i zákrok mohl být jednodušší a méně invazivní?

Je to taková plastová součástka, která vypadá jako lepicí páska. Tloušťka je několik mikrometrů, což je desetina lidského vlasu. Problém je v tom, že ten nerv pořád musíme nějak izolovat, a my nejsme schopní ten náročný chirurgický postup obejít, ani když je ta součástka malinká. Hlavní problém tedy není součástka samotná, ale její implantace. Ve spolupráci s chirurgy se snažíme přijít na způsob, jak součástku zavést, protože na tom teď závisí úspěch celé technologie. Proto přemýšlíme nad způsoby aplikace, které nevyžadují tak náročnou chirurgickou implantaci.

Jaké další možnosti se nabízí?

Dále uvažujeme o stimulaci mozkové kůry. K nejzajímavějším indikacím patří psychiatrické nemoci, například deprese. Aktuálně může pacient chodit každý týden do nemocnice na stimulace mozku, ale s naším implantátem by si mohl stimulaci spustit sám doma. Navíc zavedení k povrchu mozku je v současné době velice jednoduché, nebo alespoň v porovnání se zavedením k bloudivému nervu. Další aplikace, o kterých uvažujeme, jsou léčba chronických bolestí nebo migrén.

Těší mě předávat znalosti a kreativně řešit problémy

Narážíte při výzkumu i na etické otázky?

Děkuji moc za tuhle otázku, protože je důležitá. Zavedený postup je takový, že nejdřív se dělají in vitro pokusy, prostě něco v kádince, dalším krokem jsou pokusy na hlodavcích a pak ovce nebo prasata. My se snažíme omezit počet hlodavčích modelů tím, že jsme zavedli mezikrok mezi in vitro a hlodavci. Tím jsou bezobratlé modely, zejména hmyz a kroužkovci. Nový nápad, zařízení nebo nový postup můžeme vyzkoušet na sarančatech, pak na švábech, a až když vychytáme mouchy, můžeme se přesunout k myším a potkanům. To má velký etický význam a vlastně i velký finanční význam, protože můžeme velmi zajímavý výzkum dělat na sarančatech, která koupím ve zverimexu za pár korun. Pro mě osobně je také důležité, že do zvířecího výzkumu se mohou hned zapojit i studenti, kteří jinak pro pokusy na myších potřebují akreditaci, což není jednoduché vyřídit. Celkově se jedná o šetrnější přístup, a proto se snažím tento postup s bezobratlými popularizovat.

Asi práce se studenty. V posledních letech jsem začal na VUT s výukou biomedicínských technologií a diagnostiky, což do mé skupiny přivádí i studenty. Studenti se hlásí se do naší skupiny na bakalářky, diplomky i doktoráty. To, že se u nás někdo chytne na bakalářku a zůstane s námi v týmu, pro nás znamená, že něco děláme správně. Nejvíc mě motivuje, když v laboratoři se studenty postavíme nějaký nový experiment a když pak vidím, jak se studenti osamostatní a dělají vlastní pokusy. Pro mě je nejdůležitější předávat znalosti dál a kreativně řešit problémy. To mě těší nejvíc.

Snažíte se na VUT zavést i obor neurálního inženýrství. Jak se vám to daří?

Letos jsme vyzkoušeli u nás na CEITEC VUT Letní školu neurálního inženýrství, která měla obrovský úspěch. Plánovali jsme ji pro dvanáct studentů, ale dostali jsme asi padesát přihlášek. To nás velmi překvapilo, ale také nakoplo. Vidíme, že zájem o obor je obrovský, a položili jsme si otázku, proč v Brně neexistuje obor, který by téma neurálního inženýrství zastřešoval. Proto se snažím neurální inženýrství převést do podoby nějakých předmětů. Nicméně Letní školu rozhodně zorganizujeme znovu a rádi bychom příští rok otevřeli i mezinárodní turnus.

Co vám naopak zabírá víc času než byste chtěl?

Tady v České republice asi administrativa. Pokud se chce Česká republika stát ještě více vědecky konkurenceschopnou, měla by toto řešit. Pořád trávíme nesmyslné množství času nějakým vykazováním a vyplňováním tabulek a indikátorů. CEITEC VUT to částečně vyřešil. Administrativa a režijní náklady jsou minimální, ale na národní úrovni pořád existují zbytečné překážky, které nikomu neprospívají. Mám pocit, že se o tom v české vědecké obci mluví čím dál víc, a to je jen dobře.

Zdroj: Brnoregion

Související: Setkání brněnských bioelektroniků na VUT nabídlo propojení a spolupráci