Το αποκαλούμενο Human Brain-Chip επελέγη ως μία από τις δέκα σημαντικές καινοτομίες για το 2021 από το περιοδικό «The Scientist».

Πίσω απ’ αυτή την προσπάθεια βρίσκεται ο Έλληνας ερευνητής από το Ηράκλειο της Κρήτης, Δρ Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης.

Ένα τσιπ, μεγέθους όσο ένα στικ μνήμης ηλεκτρονικού υπολογιστή, που προσομοιώνει την πολυπλοκότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου, προσφέρει ελπίδα σε ασθενείς με σοβαρές νευρολογικές διαταραχές, όπως τη νόσο του κινητικού νευρώνα (ALS), το Αλτσχάιμερ και τη νόσο του Πάρκινσον.

«Δεν θα μπορούσα ποτέ να φανταστώ τα όσα είχα την τύχη να κάνω τα τελευταία πέντε χρόνια δημιουργώντας κάτι θεμελιωδώς νέο σε ένα τελικό προϊόν, με την ελπίδα να βοηθήσει ασθενείς με νευροεκφυλιστικά νοσήματα. Η διάκριση αυτή μας γέμισε με χαρά και ικανοποίηση, καθώς αποτέλεσε επιβράβευση των προσπαθειών της ομάδας μας», λέει στο iefimerida.gr o κ. Πεδιαδιτάκης, φανερά ικανοποιημένος από την πρόσφατη αναγνώριση του έργου του οποίου ηγήθηκε.

Στόχος η αποφυγή χορήγησης φαρμάκων που δεν ωφελούν τον ασθενή ή προκαλούν παρενέργειες
Στην ουσία πρόκειται για καινοτομία που δίνει πλέον τη δυνατότητα στους επιστήμονες να αποκτούν πληροφορίες σχετικά με το πώς ο ασθενής θα ανταποκριθεί στη θεραπεία, αποφεύγοντας τον κίνδυνο χορήγησης φαρμάκων, τα οποία ενδεχομένως να έχουν δυσάρεστες παρενέργειες ή να μην τον ωφελούν, ενώ μειώνει την ανάγκη για δοκιμές σε ζώα. Πρόκειται για ένα μεγάλο επιστημονικό βήμα προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης φαρμάκων και εξατομικευμένων θεραπειών (personalized medicine).

«Τo μοντέλο ανθρώπινου εγκεφάλου σε τσιπ (Brain-Chip) βασίζεται στην τεχνολογία ''Όργανα σε τσιπ'' (Organs-on-Chip) της spinoff εταιρείας Βιοτεχνολογίας Emulate, του Πανεπιστημίου Harvard. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύξαμε τσιπ, μεγέθους ενός στικ μνήμης ηλεκτρονικού υπολογιστή, τα οποία περιέχουν μικροσκοπικά κανάλια που είναι επενδεδυμένα με ανθρώπινα κύτταρα και τεχνητό ιστό αιμοφόρων αγγείων.

»Το Brain-Chip έχει σχεδιαστεί για να προσομοιώνει την πολυπλοκότητα του ανθρωπίνου αιματοεγκεφαλικού φραγμού, το οποίο περιλαμβάνει νευρώνες, αστροκύτταρα, μικρογλοία, περικύτταρα και μικροαγγειακά ενδοθηλιακά κύτταρα από τον άνθρωπο (Human iPSCs), επιτρέποντας στον ερευνητή να διερευνά την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα θεραπειών in vitro, στο εργαστήριο δηλαδή, ενώ περιορίζεται η χρήση πειραματόζωων για τον προκλινικό έλεγχο νέων φαρμάκων», λέει ο Δρ Πεδιαδιτάκης, συστήνοντας τη νέα καινοτομία.

Οργανα σε τσιπ (Organs-on-Chip) της εταιρείας Emulate Inc
Ένα βήμα πιο κοντά στις εξατομικευμένες θεραπείες (personalized medicine)
Στην έρευνα, στην οποία συμμετείχαν πολλοί Έλληνες καθηγητές και ερευνητές και η οποία δημοσιεύθηκε στο έγκριτο περιοδικό «Nature Communications» (https://www.nature.com/articles/s41467-021-26066-5), οι επιστήμονες εστίασαν στην κατανόηση της νόσου του Πάρκινσον και την επίδραση της ασθένειας αυτής στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

Ποια είναι όμως η συνέχεια αυτής της καινοτομίας; Ο Έλληνας ερευνητής απαντά ότι «η έρευνα εστιάζεται στη δημιουργία μοντέλων ικανών να συνδράμουν στη λήψη αποφάσεων για την ανάπτυξη φαρμάκων και εξατομικευμένων θεραπειών (personalized medicine). Ένα φάρμακο, για παράδειγμα, είναι δυνατό να είναι αποτελεσματικό σε ένα άτομο, ενώ ένα άλλο όχι. Με τα μέχρι σήμερα δεδομένα, δεν είχαμε τρόπο να δοκιμάσουμε πώς μία φαρμακευτική ουσία θα επενεργούσε σε έναν συγκεκριμένο άνθρωπο, πριν του χορηγηθεί. Τοποθετώντας τα κύτταρα ενός ασθενούς σε τσιπ ''Patient-on-a-chip'' και εκθέτοντας αυτά τα κύτταρα σε ένα συγκεκριμένο φάρμακο ή σειρά φαρμάκων, οι γιατροί θα μπορούν να αποκτήσουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πώς θα ανταποκριθεί αυτός στη θεραπεία».

Η συνεργασία με τη NASA
Ο Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης αναφέρεται και στη συνεργασία του με τη NASA και στη διεξαγωγή έρευνας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, χρησιμοποιώντας το πλήρως αυτοματοποιημένο Brain-Chip.

«Στόχος της έρευνας ήταν να μελετηθεί η σχέση της φλεγμονής και της λειτουργίας του εγκεφάλου σε συνθήκες μειωμένης βαρύτητας (μικροβαρύτητας). Ο εγκέφαλος των αστροναυτών, οι οποίοι διαβιούν για αρκετούς μήνες στο Διάστημα, λειτουργεί διαφορετικά σε συνθήκες μειωμένης βαρύτητας και προς το παρόν δεν είναι σαφές αν αυτό προκαλεί μακροπρόθεσμα παρενέργειες», εξηγεί.

Το Cosmic Zoë στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Το Cosmic Zoë είναι ένα σύστημα που λειτουργεί ως το «σπίτι» για τα Brain-Chips, μιμούμενο την ανθρώπινη φυσιολογία
Το 2019 πραγματοποιήθηκε η πρώτη πτήση του Brain-Chip στο Διάστημα, ενώ αυτές τις μέρες έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει το τελευταίο του ταξίδι στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) από το Διαστημικό Κέντρο Κένεντι στη Φλόριντα, με το μεταγωγικό διαστημικό σκάφος Dragon της Space X.

«Ευελπιστούμε τα ευρήματα να βελτιώσουν το διαστημικό ταξίδι και να μας δώσουν πολύτιμες πληροφορίες για τον τρόπο με τον οποίο η έρευνα σε περιβάλλον μικροβαρύτητας μπορεί να ωφελήσει τη διαδικασία ανάπτυξης φαρμάκων στη Γη», λέει φανερά ενθουσιασμένος ο ερευνητής από την Κρήτη.

O Δρ Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης με τους συνεργάτες μηχανικούς από την εταιρεία Emulate Inc και τον αστροναύτη της NASA Terry Virts στο Ακρωτήριο Κανάβεραλ (Διαστημικό Κέντρο Κένεντι, Φλόριντα, ΗΠΑ)
Μηχανική μάθηση και τεχνητή νοημοσύνη
Η επιστήμη, τα τελευταία χρόνια, έχει σημειώσει ιδιαίτερα μεγάλη πρόοδο, συνδράμοντας σημαντικά στη βελτίωση της ζωής του ανθρώπου. Η πρόκληση των επιστημόνων για την επόμενη μέρα, σύμφωνα πάντα με τον ίδιο, είναι η ευελιξία, η υιοθέτηση των νέων τεχνολογιών και η ικανότητα διαχείρισης και ανάλυσης του τεράστιου όγκου δεδομένων στον τομέα της υγείας.

«Η μηχανική μάθηση και η τεχνητή νοημοσύνη πρόκειται να αποτελέσουν τα κυρίαρχα εργαλεία στα χέρια των επιστημόνων, με στόχο την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων και προβλέψεων για την κατανόηση πολύπλοκων ασθενειών και τη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας».

Η Ελλάδα μπορεί να μετατρέψει το brain drain σε brain gain
O νεαρός Έλληνας ερευνητής δεν παραλείπει να αναφερθεί και στην παρατεταμένη οικονομική κρίση στην Ελλάδα, που προκάλεσε εκροή σημαντικού επιστημονικού δυναμικού, το οποίο αναζήτησε και βρήκε ευκαιρίες στο εξωτερικό για καλύτερες συνθήκες εργασίας και προοπτικής στην έρευνα.

Ο ίδιος εμφανίζεται αισιόδοξος για το μέλλον, λέγοντας:

«Η ισχυρή πεποίθησή μου είναι ότι η Ελλάδα, η οποία συνέρχεται πλέον από την οικονομική ύφεση, έχει τη δυνατότητα να γίνει πόλος έλξης των επιστημόνων και να δημιουργήσει ένα ελκυστικό περιβάλλον επιστημονικής ανάπτυξης, μετατρέποντας έτσι το brain drain σε brain gain. Πρωτίστως, όμως, η προσπάθεια αυτή πρέπει να ξεκινήσει με την έμπρακτη στήριξη από την Πολιτεία του υφιστάμενου επιστημονικού δυναμικού, ώστε να αναχαιτιστεί το brain drain. Σημαντικό εργαλείο, που θα συνδράμει στον επαναπατρισμό του μεταναστεύσαντος επιστημονικού δυναμικού, αποτελεί και η ενίσχυση της καινοτόμου επιχειρηματικότητας μέσω κατάλληλου νομικού, διοικητικού και χρηματοδοτικού πλαισίου, καθώς και η διασύνδεση των Ελλήνων του εξωτερικού με την εγχώρια επιχειρηματική και ερευνητική κοινότητα».

«Καταξίωση είναι ο αντίκτυπος του έργου σου»
Σεμνός, όπως αρμόζει σε έναν επιστήμονα του βεληνεκούς του, ο κ. Πεδιαδιτάκης καταλήγει λέγοντας ότι «η καταξίωση δεν πρέπει να είναι αυτοσκοπός για έναν επιστήμονα, αλλά ο αντίκτυπος που έχει το επιστημονικό του έργο στην κοινωνία. Παρά ταύτα, ο ανταγωνισμός στο εξωτερικό είναι μεγάλος και χρειάζεται κανείς να διαθέτει επιμονή, υπομονή και ισχυρά ψυχικά αποθέματα προκειμένου να υποστηρίξει το όραμά του. Σε κάθε δε περίπτωση, ο Έλληνας επιστήμονας στην Αμερική πρέπει να έχει σαφείς και υψηλούς στόχους, να παραμένει ενημερωμένος και επίκαιρος».

Σημειώνεται ότι στην έρευνα συμμετείχαν η Κωνσταντίνα Κοδέλλα, ο Δρ Δημήτρης Μανατάκης, ο Christopher Y. Le, ο Chris D. Hinojosa, ο WilliamTien-Street, ο καθηγητής Δρ Ηλίας Μανωλάκος, ο Δρ Κώστας Βεκρέλλης, η Dr Geraldine A. Hamilton, η Dr Lorna Ewart, ο καθηγητής Dr LeeL. Rubin και η Δρ Κάτια Καραλή.

Ο Δρ Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης
Λίγα λόγια για τον Ιωσήφ Πεδιαδιτάκη
Ο Δρ Ιωσήφ Πεδιαδιτάκης από τον Αύγουστο του 2021 κατέχει τη θέση του Associate Director της εταιρείας Vesalius Therapeutics Inc., που ιδρύθηκε από τη venture capital Flag ship Pioneering. Από το έτος 2017 μέχρι το 2021 είχε διατελέσει Associate Director της εταιρείας Emulate, Inc. (Βοστώνη, ΗΠΑ), στην οποία ηγήθηκε της ανάπτυξης ενός νέου μοντέλου ανθρώπινου εγκέφαλου σε τσιπ (αγγλ. Brain-Chip), βασιζόμενου στην τεχνολογία «Όργανα σε τσιπ» (αγγλ. Organs-on-Chip).

Είναι απόφοιτος του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης (2007), ενώ έλαβε το μεταπτυχιακό και διδακτορικό του δίπλωμα από το Τμήμα Ιατρικής του Πανεπιστημίου Κρήτης σε συνεργασία με το Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) το 2010 και 2015, αντίστοιχα.

Στο πλαίσιο της Διδακτορικής του Διατριβής πρωτοστάτησε στην ανάπτυξη μιας νέας οικογένειας συνθετικών, διαπερατών από το αιματοεγκεφαλικό φραγμό, νευροτροφινών, τις «Μικρονευροτροφίνες» (ΜΝΤ), ως πιθανή θεραπεία σοβαρών νευρολογικών διαταραχών, όπως της νόσου του κινητικού νευρώνα (ALS), της νόσου του Αλτσχάιμερ και της νόσου του Πάρκινσον.

https://www.iefimerida.gr/ellada/altshaimer-parkinson-tsip-me-elliniki-ypografi

Επιστήμονες στη Βρετανία, με επικεφαλής μια Δωδεκανήσια, κατάφεραν να παρατηρήσουν για πρώτη φορά τη στιγμή ακριβώς που οι πρωτεΐνες γίνονται τοξικές για τα εγκεφαλικά κύτταρα, προκαλώντας έτσι τη νόσο Πάρκινσον.

Η πρωτεΐνη
Χάρη στη νέα μη επεμβατική μέθοδο, που επιτρέπει την παρατήρηση σε νανοκλίμακα, κατέστη δυνατό να μπει η νόσος Πάρκινσον στο...νανοσκόπιο.
 Οπως διαπιστώθηκε, η ίδια πρωτεΐνη, η άλφα-συνουκλεΐνη, ανάλογα με την τρισδιάστατη δομή που παίρνει κάθε φορά, μπορεί να λειτουργεί είτε προστατευτικά, είτε τοξικά.

Η ανακάλυψη μπορεί να φωτίσει καλύτερα πώς και γιατί οι άνθρωποι εκδηλώνουν τη νευροεκφυλιστική πάθηση, καθώς επίσης να ανοίξει νέους θεραπευτικούς δρόμους.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής την δρ. Δωροθέα Πινότση του Τμήματος Χημικής Μηχανικής και Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Κέμπριτζ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «PNAS». (Η κ. Πινότση κατάγεται από τη Σύμη).

Το μικροσκόπιο
Χρησιμοποιώντας ένα οπτικό μικροσκόπιο υπερ-υψηλής ανάλυσης, οι ερευνητές κατάφεραν να μελετήσουν σε πραγματικό χρόνο σε πειραματόζωα (αρουραίους) τη συμπεριφορά των διαφορετικών μορφών της εν λόγω πρωτεϊνης και πώς αυτές επιδρούν σε ζωντανούς νευρώνες.

«Με αυτές τις τεχνικές, μπορούμε πραγματικά να δούμε λεπτομέρειες που δεν ήμασταν σε θέση να δούμε πριν, έτσι πιθανώς θα καταφέρουμε να αντιμετωπίσουμε την τοξική δράση σε πρώιμο στάδιο» δήλωσε η Πινότση. Η νόσος Πάρκινσον προκαλείται, όταν πρωτεΐνες παίρνουν αφύσικα σχήματα και, προσκολλώμενες μεταξύ τους, σχηματίζουν τελικά ινίδια αμυλοειδούς, γνωστά και ως σωμάτια Lewy, το «σήμα κατατεθέν» της πάθησης.

Η πάθηση
Μετά τη νόσο Αλτσχάιμερ, η νόσος Πάρκινσον είναι η δεύτερη πιο διαδεδομένη νευροεκφυλιστική πάθηση παγκοσμίως. Από αυτή πάσχουν πάνω από επτά εκατομμύρια άνθρωποι. Τα συμπτώματα περιλαμβάνουν τρέμουλο (συνήθως στα χέρια), ακαμψία, δυσκολία βάδισης και, σε κατοπινό στάδιο, άνοια.

«Τα ευρήματά μας αλλάζουν τον τρόπο που βλέπουμε τη νόσο, επειδή δείχνουν ότι η ζημιά στους νευρώνες μπορεί να συμβεί, όταν απλώς υπάρχει έξτρα αφύσικη πρωτεϊνη άλφα-συνουκλεϊνη στο κύτταρο. Είναι αυτή η πρόσθετη ποσότητα της εν λόγω πρωτεϊνης που φαίνεται να προκαλεί τις τοξικές επιδράσεις, που έχουν ως συνέπεια τον θάνατο των εγκεφαλικών κυττάρων», όπως είπε η Πινότση. Η αλλοίωση της δομής της άλφα-συνουκλεϊνης μπορεί να προκληθεί από γενετικά αίτια, από τη γήρανση ή πιθανώς ακόμη και από τραύμα στο κεφάλι.
(πηγή: ΤΟ ΒΗΜΑ)