Na CEITEC VUT vyvíjí implantovatelná zařízení nabíjená mobilním telefonem

Profesor Eric Glowacki 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. Mezi její hlavní témata patří vývoj biomedicínských zařízení a postupů, které mohou bezdrátově stimulovat nervový systém. Eric Glowacki je v současnosti držitelem ERC grantu na projekt OPTEL-MED (Optoelectronická 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, že přesuneme 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 součásti v lidském těle. Do lidského těla můžeme implantovat ledacos, ale jsme limitováni prostorem. Jeden problém tedy je, jak zmenšit součástky, které se dají chirurgicky zavést na místo zájmu. Proto se spousta lidí v oboru biomedicínského inženýrství zabývá problematikou bezdrátového napájení součástek, zejména, 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 znát další krok

V jaké fázi se teď výzkum nachází?
Máme za sebou řadu pokusů, které dosvědčují, že tento postup funguje. Projekt OPTEL-MED je zaměřen 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 krok před klinickou aplikací, do které bychom se rádi přesunuli. To je velký krok dopředu a způsob přemýšlení o technologii je úplně jiný. 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, ale teď přemýšlíme, co dává byznysově největší smysl. OPTEL-MED končí na konci roku 2025, což je v podstatě za chvíli. Takže teď přemýšlíme nad tím, jak bude vypadat další krok. Myslím, že do roka budeme vědět s jistotou, jak to bude dál.

O jakých aplikacích tedy přemýšlíte?
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, že 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 chirurgický zákrok je velice náročný, invazivní a je jen málo chirurgů, kteří se toho ujmou.
  Váš stimulátor je ale podstatně menší, takže by i zákrok mohl být jednodušší a méně invazivní?
Je to taková plastová součástka, která vypadá jako lepící páska. Tloušťka je několik mikrometrů, což je desetina lidského vlasu. Problém je v tom, že nerv je pořád třeba nějak izolovat a my ani minimalistickou součástkou nejsme schopni obejít ten náročný chirurgický postup. Klíčový problém tedy není součástka samotná, ale její implantace. Ve spolupráci s chirurgy se snažíme vymyslet způsob zavedení, protože na tom teď závisí úspěch technologie. Proto přemýšlíme nad způsoby aplikace, které nevyžadují tak náročnou chirurgickou implantaci.

Jaké další možnosti se nabízí?
Dále uvažujeme o stimulaci mozkové kůry. Jedny z nejzajímavějších indikací jsou psychiatrické nemoci, například deprese. Aktuálně existuje možnost, kdy pacient chodí 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 oblasti, které zvažujeme, jsou chronické bolesti nebo migrény.

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, popojdeme o krok dál. Na myši nebo potkany jsme pak už dobře připraveni. Technologie je vyspělejší, funguje líp a celkový počet jedinců, které je potřeba bohužel obětovat, je mnohem menší. 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, který 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.
  Co vás na vaší práci baví nejvíce?
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 přivést 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 udělali i mezinárodní běh.

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. V zahraničí je to lepší, i když i tam to existuje. Přitom odstranění nadbytečné administrativy je nízkonákladový způsob, jak z Česka udělat atraktivnější zemi pro vědce.

CEITEC VUT to částečně vyřešil. Tady se pracuje naprosto parádně. 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 stále více mluví nahlas a to je jen dobře.