Tim ilmuwan dari Korea dan Amerika Serikat telah menemukan seperangkat alat yang dapat mengontrol sirkuit saraf menggunakan sebuah implan otak berukuran kecil yang dapat dikendalikan melalui smartphone.
Para peneliti, yang mempublikasikan temuannya di Nature Biomedical Engineering, memiliki harapan besar dan percaya jika perangkat ini dapat mempercepat upaya untuk mengungkap berbagai penyakit yang sering kali menyerang otak seperti Parkinson, Alzheimer, kecanduan, depresi, dan rasa sakit.
Perangkat ini, menggunakan kartrid obat yang dapat digonta-ganti dan jaringan Bluetooth berenergi rendah yang dapat ditujukan terhadap sel saraf tertentu menggunakan obat dan cahaya untuk jangka waktu lama.
“Perangkat saraf nirkabel ini, memungkinkan penggunaan bahan kimia secara terus menerus dan neuromodulasi optik yang belum pernah dicapai sebelumnya,” kata pemimpin penulis Raza Qazi, seorang peneliti dari Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) dan University of Colorado Boulder.
Qazi mengatakan teknologi ini secara signifikan melebihi metode konvensional yang telah digunakan oleh para ilmuwan saraf, yang biasanya menggunakan serat optik dan tabung logam yang keras untuk mengantarkan obat dan cahaya. Peralatan semacam ini, selain membatasi pergerakan subjek karena koneksi fisiknya dengan peralatan yang berukuran besar, strukturnya yang relatif keras juga dapat menyebabkan lesi pada jaringan otak lunak seiring waktu dalam penggunaannya, sehingga membuatnya tidak cocok untuk penggunaan jangka panjang. Meskipun beberapa upaya telah dilakukan untuk mengurangi sebagian respon jaringan yang merugikan dengan memasukkan semacam probe lunak dan platform nirkabel, namun masih terbatas oleh ketidakmampuannya untuk memberikan obat dalam jangka waktu yang lama sebagaimana pengaturannya yang besar dan rumit.
Untuk mencapai keberhasilan dalam pengiriman obat yang dilakukan secara terus menerus dan nirkabel, para ilmuwan harus menyelesaikan tantangan kritis berupa kesulitan dan penguapan dari obat-obatan.
Para peneliti dari Korea Advanced Institute of Science and Technology dan University of Washington di Seattle berkolaborasi untuk menciptakan sebuah perangkat saraf dengan kartrid obat yang dapat diganti. Alat ini memungkinkan para ilmuwan saraf untuk mempelajari sirkuit otak yang sama selama beberapa bulan tanpa khawatir kehabisan obat-obatan.
Kartrid obat ‘plug-n-play’ ini dirakit menjadi sebuah implan otak untuk tikus dengan probe lembut dan ultra-tipis (setebal rambut manusia), yang terdiri dari saluran mikrofluida dan LED kecil (lebih kecil dari sebutir garam), namun tak membatasi dosis obat dan pengiriman cahayanya.
Dikendalikan dengan antarmuka pengguna yang elegan dan sederhana pada smartphone, ahli saraf dapat dengan mudah memicu kombinasi spesifik atau urutan cahaya dan pengiriman obat yang tepat pada hewan target yang diimplan tanpa harus secara fisik berada di dalam laboratorium.
Dengan menggunakan perangkat saraf nirkabel ini, para peneliti juga dapat dengan mudah melakukan studi hewan yang sepenuhnya otomatis, di mana perilaku satu hewan dapat secara positif atau negatif mempengaruhi perilaku pada hewan lainnya dengan memicu cahaya dan / atau pemberian obat secara kondisional.
“Perangkat revolusioner ini adalah buah dari desain elektronik canggih dan rekayasa skala mikro dan nano yang manjur,” kata Jae-Woong Jeong, seorang profesor teknik listrik di KAIST. “Kami tertarik untuk mengembangkan teknologi ini lebih lanjut untuk membuat implan otak untuk aplikasi klinis.”
Michael Bruchas, seorang profesor anestesiologi dan kedokteran nyeri dan farmakologi di Fakultas Kedokteran Universitas Washington, mengatakan teknologi ini akan membantu para peneliti dalam banyak hal.
“Ini memungkinkan kita untuk membedah secara lebih baik basis sirkuit saraf perilaku, dan bagaimana neuromodulator spesifik di otak menyesuaikan perilaku dengan berbagai cara,” katanya. “Kami juga ingin menggunakan perangkat ini untuk studi farmakologis yang kompleks, yang dapat membantu kami mengembangkan terapi baru untuk rasa sakit, kecanduan, dan gangguan emosional.”
Para peneliti dari kelompok Jeong di KAIST mengembangkan alat-alat elektronik yang lembut untuk perangkat yang dapat dipakai dan ditanamkan pada otak, dan para ilmuwan saraf di laboratorium Bruchas di University of Washington mempelajari sirkuit otak yang mengendalikan stres, depresi, kecanduan, rasa sakit, dan gangguan neuropsikiatri lainnya.
Upaya kolaborasi global di antara para insinyur dan ahli saraf selama tiga tahun berturut-turut dan puluhan iterasi desain menghasilkan keberhasilan validasi implan otak yang mujarab ini pada tikus yang bergerak bebas, yang diyakini para peneliti benar-benar dapat mempercepat pengungkapan otak dan penyakitnya.
