Vědec z CEITEC svým výzkumem vyvrátil medicínské dogma

26. 9. 2022

Akční, cílevědomý, energický, nadšený a možná díky tomu velice úspěšný vědec z CEITEC VUT přitahuje zájem studentů i ostatních vědců. Eric Glowacki dokáže inovace vyvinout způsobem, aby se daly bez zdlouhavého procesu použít v medicíně – využívá totiž už schválené věci jen tak, jak o nich zatím nikdo jiný nepřemýšlel.

Dokázal, co se považovalo za nemožné

V jednom z jeho posledních výzkumů, který publikoval časopis Journal of Neural Engineering, se Eric Glowacki a jeho tým zaměřili na redukci kyslíku v okolí neurostimulačních elektrod. „Neurostimulátory fungují na principu bezprostředního kontaktu mezi elektrickým proudem a tkání, což samozřejmě poskytuje spoustu možností, ale taky vyvolává mnoho nezodpovězených otázek typu, co se na tomto rozhraní děje? A my obecně zkoumáme bezpečnost, jestli tam může docházet k nežádoucím reakcím, které mají neočekávané následky. To zjišťují i jiní vědci, v čem spočívá náš úspěch, je fakt, že jsme se zaměřili na jev redukce kyslíku, což nikdo jiný před námi neudělal,“ vysvětluje Glowacki.

Kyslík se vyskytuje všude v těle, je základem života. Eric a jeho tým předpokládali, že může docházet k přenosu elektronů z implantované elektrody na kyslík (tedy redukci). Sestrojení přístroje, který by dokázal měřit tyto reakce, mu na CEITEC trvalo zhruba dva roky. Celá myšlenka začala, jak sám říká, jeho posedlostí peroxidem vodíku.

„Řadu let jsem zkoumal, jak se vytváří peroxid vodíku, a dlouho mi nedocházelo, že se při tom musí spotřebovávat kyslík. Až později při práci ve Švédsku jsme se bavili s kolegou a tehdy poprvé nás napadlo, že kyslík může mizet. Přijel jsem do Brna a začal pracovat na přístroji a tím článkem jsme vlastně útočili na dogma, svátost. Byli jsme v podstatě kacíři. U neurostimulátorů se totiž používá dvoufázový proud, který má rovnovážný náboj, tím pádem se nemůže tělo nabít. Náboj, který do těla pustíme, se prostě zase odebere. Ale skutečnost, že je proud stejný, symetrický, neznamená, že změny na elektrodě jsou taky symetrické. To se vlastně předpokládalo, to bylo ono dogma. První elektrický impuls do těla je vždy negativní, při tom se redukuje kyslík. A my jsme zjistili, že kladný impuls, který následuje hned za negativním, tam kyslík nevrátí, jak se myslelo,“ popisuje vědec.

Produktem redukce kyslíku je buď voda, nebo zmíněný peroxid vodíku. Nedostatku okysličené tkáně se vědecky říká hypoxie. Ve výzkumu jednoznačně s týmem prokázal, že u běžných neurostimulačních úkonů se vytváří hypoxické prostředí, což do té doby bylo považováno za nemožné. Nikdo podle jeho slov nepředpokládal, že by to mohlo být tak vážné. „Můžete si to představit tak, že v oblasti té elektrody máme prostě mrtvici. V navazujících výzkumech se proto chceme zabývat tím, co se s tou tkání přesně děje, jestli je skutečně poškozená a do jaké míry. Taky jestli se tomu dá zabránit. Vše teď budeme zkoumat na hlodavcích,“ přibližuje budoucí kroky Glowacki.

ceitec glowacki

Honba za materiálem

Klíčem podle něj může být materiál elektrod. Vhodný by měl být takový, který neztrácí elektrony, tzv. kapacitní elektroda, jež hromadí náboj, aniž by o něj přicházela. „Bohužel se zatím ukazuje, že materiály, které se používají v běžné klinické praxi nejvíc, jsou problematické. Jedná se o platinu nebo slitiny platiny a iridia. Naopak si zatím nejlíp stojí slitiny titanu nebo keramické materiály na bázi titanu,“ prozrazuje.

Na základě této publikace se mu začali ozývat lékaři a další vědci, kteří si u něj objednávají výzkum svých neurostimulátorů. „Je to opravdu úspěch, že má naše zjištění takový dosah a že se lékaři opravdu zajímají. Teď jsme třeba zkoumali materiál neurostimulátoru, který se vkládá pod sítnici, a slepí lidé jsou díky němu schopni částečně vidět, přečíst si noviny. Naštěstí tento materiál obstál, i když bylo náročné ho sehnat na zkoumání. Jedná se o velice drahou záležitost. V našem bádání se soustředíme na běžně dostupné materiály. A jelikož už máme hodně dat z různých měření, vymysleli jsme i výpočetní model, kam si vědci dosadí potřebné údaje a snadno vypočítají, jestli je materiál elektrody potenciálně problémový, či nikoli.“

Z nežádoucích účinků nakonec méně drastická léčba

Kromě hypoxie může lidskou tkáň v okolí elektrody ohrožovat i již zmíněný peroxid vodíku, který se běžně používá jako dezinfekce. Problém nastane při kontaktu s nervovou soustavou – peroxid vodíku totiž může poškozovat neurony. A právě tady můžeme vidět Ericovu schopnost se přizpůsobit jakkoli negativním výsledkům výzkumu a otočit je ve prospěch. „Máme dva nápady, které velmi intenzivně zkoumáme. První z nich se líbí i brněnským neurochirurgům. Pokud jsme schopni díky peroxidu vodíku cíleně zničit oblasti v mozku, které jsou zasažené epilepsií, tak to je celkem přijatelná varianta, protože peroxid by mohl ničit neurony, aniž by poškozoval cévy a tepny. Doteď se to dělá tak, že se do mozku zavedou elektrody a propouští se velice vysoký proud, který celou tu oblast vlastně „odpálí“. Velmi často v tom místě vzniká mrtvice, což je pochopitelně nežádoucí,“ vysvětluje Eric.

Výzkum je teď ve fázi experimentů na zvířatech, se kterými teprve začínají. Léčba pacientů ještě nějaký čas potrvá. Podle Erica by to ale zas tak dlouho trvat nemuselo. I když by se jednalo o novou léčbu, využívá jen zavedenou technologii, která už prošla schvalovacím procesem. „Každý krok je vlastně stejný, až na to, že používáme nižší proud. Daleko náročnější bude pochopit, jak to vše funguje in vivo,“ vysvětluje Glowacki. Peroxid vodíku by chtěl využít i k léčbě chronických bolestí, i to je ale úplně nová teorie, kterou teprve ověřuje.

Neurostimulátory: menší, bezdrátové a světločivé

V ČR je nejrozšířenější stimulace bloudivého nervu v krku. Tato technologie je postavená na běžném kardiostimulátoru, který je implantovaný do těla ke klíční kosti a jehož elektrody jsou vyvedené nikoli k srdeční svalovině, ale do krku, kde jsou obmotané kolem nervu. Používá se třeba k léčbě epilepsie, respektive k přerušení záchvatu.

„Současná praxe je chirurgicky velmi náročná, a to hodně pacientů odrazuje. Naším cílem je postupovat u používání neurostimulátorů trochu jinak. Zabýváme se výrobou mini či mikro neurostimulátorů, které budou minimalizovat chirurgický zásah. Budou se dát do těla implantovat například pomocí injekce nebo jen malým zákrokem a bude je možné nabíjet skrze červené světlo přes kůži. To je naše vlajková loď výzkumu, za který jsme získali ERC grant,“ uzavírá úspěšný vědec. Ze známé a již schválené technologie kardiostimulátoru se tedy snaží různými změnami přijít s přijatelnější variantou. To je podle něj nejlepší šance, jak uplatnit nápad relativně rychle.

Pracovní podmínky k tomu má v Brně na CEITEC VUT prý ideální. Za tím si natolik stojí, že přesvědčil a přilákal desítky nových studentů a další vědecké kapacity oboru, aby přiletěli a spolupracovali s ním v Brně. Ten poslední cestuje až z Ameriky.

ceitec glowacki2