• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nanorurki węglowe są obiecującym, inteligentnym materiałem do naprawy mózgu

    02.01.2009. 23:46
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Naukowcy z Włoch i Szwajcarii, których badania są finansowane ze środków unijnych, wykazali, że nanorurki węglowe poprawiają reaktywność nerwową, przez co są potencjalnie dobrym kandydatem do wykorzystania w projektach "inteligentnych materiałów" do zastosowań biomedycznych, takich jak naprawa mózgu. Badania, których wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Nanotechnology, zostały sfinansowane w części z Szóstego Programu Ramowego (6PR), w ramach projektu NEURONANO (W kierunku nowych generacji neuroimplantów: inżynieria neuronalna/zintegrowane czynnościowe nanorurki węglowe).

    Projekt NEURONANO otrzymał finansowanie na kwotę około 1,8 mln EUR w ramach tematu "Nanotechnologie i nanonauki" 6PR. Głównym celem projektu było połączenie nanorurek węglowych z innymi technologiami, aby opracować biochipy do naprawy uszkodzonych tkanek ośrodkowego układu nerwowego.

    Węgiel występuje w wielu postaciach, z których najlepiej znanymi są diament i grafit. Ostatnio wiele uwagi poświęca się nanorurkom węglowym, niezwykle wytrzymałym cylindrycznym molekułom węgla o wyjątkowych właściwościach elektrycznych.

    W ostatnich badaniach naukowcy porównywali właściwości elektryczne nanorurek węglowych ze sposobem pobudzania nerwów w ośrodkowym układzie nerwowym. Zmierzyli aktywność elektryczną pojedynczych komórek nerwowych, wykorzystując technologię mikroskopii elektronowej i teoretyczne modelowanie, aby przekonać się, w jaki sposób nanorurki wpływają na reakcję układu nerwowego. Wyniki pokazują, że nanorurki węglowe mogą poprawić reaktywność nerwową.

    Nanorurki węglowe, jak wyjaśniają autorzy, ściśle przylegają do błony komórek nerwowych. To umożliwia im wytwarzanie "elektrycznych skrótów" między jedną a drugą stroną neuronu, co przyspiesza przesył komunikatu. Model matematyczny zaproponowany przez naukowców wyjaśnia to zjawisko i pokazuje jego konsekwencje.

    Wyniki są fascynujące, gdyż stanowią olbrzymi postęp w zakresie, jak to ujmuje dr Henry Markram z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii, "trzech fundamentalnych przeszkód w opracowaniu niezawodnych neuroprotez: stworzenia interfejsu między tkanką nerwową a urządzeniem; poznania najlepszego sposobu pobudzania tkanki nerwowej; oraz zrozumienia, które bodźce nerwowe powinny być rejestrowane przez urządzenie, aby mogło podjąć automatyczną i odpowiednią decyzję.

    Według dr Markrama: "Nowoodkryta technologia opierająca się na interfejsie z nanorurek węglowych wraz z najnowszymi interfejsami stymulacyjnymi mózg-maszyna stanowi klucz do opracowania wszelkiego typu neuroprotez: wzroku, słuchu, węchu, ruchu, blokujących ataki epileptyczne, bypasów kręgowych oraz naprawiających, a nawet poprawiających funkcje kognitywne".

    Dr Michele Giugliano z EPFL (obecnie na Uniwersytecie Antwerpskim w Belgii) powiedziała: "Ten wynik ma ogromne znaczenie dla wschodzącej dzdziedziny, jaką jest neuroinżynieria i neuroprotetyka". Dr Giugliano i współautorka dr Laura Ballerini z Uniwersytetu w Trieście we Włoszech przypuszczają, że nanorurki będzie można wykorzystywać jako moduł konstrukcyjny w przyszłych układach "bypasów elektrycznych" w leczeniu traumatycznego urazu mózgu lub w nowoczesnych elektrodach, które zastąpiłyby metalowe części urządzeń do głębokiej stymulacji mózgu, wykorzystywane obecnie w leczeniu choroby Parkinsona i głębokich depresji.

    Nanorurki węglowe wykorzystano ostatnio w konstrukcji pamięci mechanicznej; nanoskalowych silnikach elektrycznych; czujniku wodorowym; ekranach dotykowych i elastycznych wyświetlaczach. Odbiornik radiowy składający się z pojedynczej nanorurki został opracowany w 2007 r., natomiast w roku 2008 wykorzystano arkusz nanorurek do obsługi głośnika. Badania sprawdzające ich przydatność w przechowywaniu energii również przyniosły interesujące wyniki.

    Zdaniem autorów, dokładny mechanizm oddziaływania nanorurek na komórki nerwowe nie został jeszcze całkowicie zgłębiony. Jednakże wyniki wskazują, że nanorurki mogą wpływać na przetwarzanie informacji neuronalnej. "Choć uproszczone - podsumowali - rozważania te stanowią pierwszą próbę powiązania zjawiska elektrycznego w nanomateriałach z neuronalną pobudliwością i być może pozwolą przewidywać lub projektować interakcje między nanomateriałami a neuronami."

    Więcej informacji:

    École Polytechnique Fédérale de Lausanne
    http://www.epfl.ch/

    Nature Nanotechnology
    φhttp://www.nature.com/nnano/

    CORDIS
    url: http://cordis.europa.eu/fetch?CALLER=PL_NEWS&ACTION=D&SESSION=&RCN=30276
    Źródło danych: École Polytechnique Fédérale de Lausanne; Nature Nanotechnology
    Referencje dokumentu: Cellot G., et al. (2008) Carbon nanotubes might improve neuronal performance by favouring electrical shortcuts. Nature Nanotechnology (w druku). Publikacja internetowa: 21 grudnia; DOI: 10.1038/NNANO.2008.374.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Nanorurki – struktury nadcząsteczkowe, mające postać pustych w środku walców. Współcześnie najlepiej poznane są nanorurki węglowe, których ścianki zbudowane są ze zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy grafitu). Istnieją jednak także niewęglowe nanorurki (m.in. utworzone z siarczku wolframu) oraz nanorurki utworzone z DNA. Olbrzymie rurki węglowe (ang. colossal carbon tubes, CCTs) – alotropowa odmiana węgla w postaci rurek o średnicach od 40 do 100 μm. Mają strukturę inną niż nanorurki węglowe, których średnice są rzędu nanometrów. Ściany olbrzymich rurek nie są pojedynczymi warstwami grafenu, ale wielowarstwowymi strukturami o grubości ponad 1 μm, pofałdowanymi i posiadającymi puste przestrzenie rozdzielone membranami, podobnie jak w tekturze. Martin Odersky (ur. 5 września 1958 r.) − z pochodzenia Niemiec, profesor metod programowania na École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Specjalizuje się w analizie kodu i językach programowania.

    Neurostymulator (ang. neurostimulator) – jest zasilanym przez baterię urządzeniem zaprojektowanym w celu elektrycznej stymulacji mózgu. Neurostymulatory są integralną częścią chirurgicznie wszczepianych układów takich jak urządzenie do głębokiej stymulacji mózgu (DBS) czy urządzenie do stymulacji nerwu błędnego (VNS), wykorzystywanych w leczeniu chorób układu nerwowego. Implant mózgowy (ang. brain implant) - urządzenie techniczne łączące się bezpośrednio z mózgiem ludzkim lub zwierzęcym zwykle umieszczone na powierzchni mózgu lub podłączone do kory mózgowej (implantowane elektrody domózgowe). Obecnie badania neurobiologów i inżynierów biomedycznych koncentrują się na zbudowaniu takich implantów mózgowych, które byłyby zdolne zastąpić obszary mózgu uszkodzone po udarze lub urazie mózgowym. Obejmuje to także zastąpienie czynności uszkodzonych układów czuciowych, np. wzrokowego (proteza wzroku). Inne implanty mózgowe są wykorzystywane w doświadczeniach na zwierzętach w celu bezpośredniej rejestracji czynności elektrycznej mózgu dla celów naukowych. Niektóre implanty mózgowe umożliwiają stworzenie interfejsu pomiędzy układem nerwowym i układem scalonym komputera, co jest częścią szerszych badań nad interfejsami mózg-komputer.

    Politechnika Federalna w Lozannie (fr. École polytechnique fédérale de Lausanne) – politechnika w Lozannie, jedna z dwóch politechnik federalnych w Szwajcarii. EPFL, tak jak jej siostra, Politechnika Federalna w ZurychuEPFZ (niem. ETHZ), ma trzy misje: naukę, badania i uznanie na najwyższym poziomie międzynarodowym. Połączone wieloma specjalistycznymi instytutami badawczymi, tworzą wspólnie "obszar ETH/EPF" podległy bezpośrednio Federalnemu Departamentowi Spraw Wewnętrznych (EDI/DFI). Diagram Jabłońskiego – schematyczne przedstawienie zjawisk luminescencyjnych. Stanowi uproszczony obraz względnego rozmieszczenia poziomów energii elektronowej cząsteczki. Diagram ten został opracowany przez polskiego fizyka Aleksandra Jabłońskiego i opublikowany w 1933 roku w czasopiśmie Nature.

    Rak mózgu – nieprawidłowe pojęcie, mające określać nowotworowy guz mózgu. Błąd polega na tym, że określenie rak w medycynie jest zarezerwowane dla nowotworów złośliwych wywodzących się z komórek nabłonkowych. W mózgu takich komórek jest stosunkowo mało. W obrębie ośrodkowego układu nerwowego, występuje rzadki rak splotu naczyniówkowego, wywodzący się z komórek produkujących płyn mózgowo-rdzeniowy. W mózgu mogą być również obecne przerzuty raków innych narządów (głównie raka płuc i raka piersi). Neuroplastyczność (plastyczność mózgu) – zdolność tkanki nerwowej do tworzenia nowych połączeń mających na celu zreorganizowania się, adaptacji, zmienności, samonaprawy, uczenia się i pamięci. Jest to powszechna cecha neuronów, występująca na wszystkich piętrach układu nerwowego.

    Włókno węglowe (włókno karbonizowane) – włókno powstające w wyniku kontrolowanej pirolizy poliakrylonitrylu i innych polimerów organicznych, składające się prawie wyłącznie z rozciągniętych struktur węglowych podobnych chemicznie do grafitu.

    Nature Genetics – recenzowane czasopismo naukowe wydawane przez Nature Publishing Group, założone w 1992 roku. Siostrzanym periodykiem jest Nature Reviews Genetics, publikujący prace o charakterze przeglądowym.

    Glejaki – grupa nowotworów centralnego układu nerwowego wywodzących się z komórek glejowych (stanowiących zrąb tkanki nerwowej i pełniącej wobec neuronów funkcje podporowe, odżywcze oraz naprawcze).

    Dodano: 02.01.2009. 23:46  


    Najnowsze