e-NeuroPharma
- Reference number
- RMX18-0083
- Project leader
- Berggren, Magnus
- Start and end dates
- 200101-250101
- Amount granted
- 34 933 392 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Life Science Technology
Summary
The integrity of reflex circuits in the nervous system is critical for various physiological functions. Inadequate signals in neural circuits may cause diseases, for example paralysis or pain. Signals involve coupled processing of biochemical and electrical entities. However, today’s approaches for symptom relief and future therapeutics are typically based on biochemical approaches, alone. With the e-NeuroPharma effort we propose to explore organic bioelectronics, in vivo-manufactured within the nervous system, to enable an electronic neuropharmacology approach for future symptom suppression and therapy of targeted diseases. The e-NeuroPharma will include: - Design and synthesis of organic electronic molecules that distribute and self-polymerize on and within neural circuits. - Development of electrodes and drug delivery devices forming self-organized bioelectronics amalgamated with nerves. - Advancing wiring and interconnects for e-NeuroPharma circuits to enable complex bioelectronic therapy protocols. Initially, e-NeuroPharma will be explored and “screened” using cell lines, and then applied to: - locust and zebrafish brains, targeting neurodegenerative diseases, - experimental in vivo models, targeting peripheral nerve injury and inflammation, and - mouse neuronal cells and nerve injury-induced models, targeting chronic pain. For this research, key-competences from bioelectronics, materials science, chemistry and medicine have gathered to derive e-NeuroPharma.
Popular science description
Nervsignaler styr kroppsliga funktioner såsom rörelser till immunsystemets aktivitet. Störningar i dessa nervsignaler kan orsaka t ex till förlamning, smärta, inflammation eller vävnadsdegeneration. Korrekt funktion kräver elektriska och kemiska nervimpulser med mycket specifik koncentration, frekvens och anatomisk utbredning. Traditionella läkemedel baseras på biokemiska principer utan hänsyn till de elektriska egenskaperna i framförallt nervreflexer. Ett fåtal behandlingsmetoder baseras på elektriska principer och utnyttjar då metallelektroder som placeras vid nerver för att elektriskt stimulera signaler och behandla sjukdom. Stimulering av specifika nervbanor med elektriska impulser har visat uppmuntrande resultat i kliniska studier av t ex vissa neurodegenerativa och inflammatoriska sjukdomar. Dagens biokemiska metoder saknar ofta anatomisk och temporal specificitet och har negativa bieffekter, och tillgängliga elektroder kräver omfattande/riskfyllda kirurgiska ingrepp för placering och saknar kombinerad elektrisk-biokemisk funktionalitet. I detta projekt föreslås ”elektroniska mediciner” i en ambition att komplettera biokemiska preparat med elektronisk funktionalitet. Detta skall åstadkommas med organisk elektronik som tillverkas direkt inne i nervsystemet, i form av finfördelade elektroder och komponenter som kan leverera elektriska och elektrokemiska signaler med hög upplösning i rymd och frekvens. Syftet är då att ”växa” elektronik inne i nervsystemet, där kretsar och ”sladdar” bildar system som efterliknar nervsystemets struktur och organisation, med syfte att åstadkomma teknologi som integrerar sig med nervsystem på ett sömlöst sätt. Denna e-NeuroFarmakologi kommer att inledningsvis appliceras på olika celler med målet att utvärdera olika koncept för att åstadkomma själv-organiserade elektroder och komponenter för leverans av signaler. I ett nästa steg appliceras e-NeuroFarmakologi i tre modellsystem med målet att utveckla teknologin för specifika sjukdomar, dessa är: - hjärnor från gräshoppor och zebrafiskar, fokus på neurodegenerativa sjukdomar. - experimentella djurmodeller, fokus på perifer nervskada och inflammation, samt - neurala celler och inducerad nervskada, fokus på kronisk smärta. För att utveckla e-NeuroFarmakologi har vi nu samlat kompetens från bioelektronik, materialvetenskap, elektronik och medicin i en ambition att åstadkomma framtida metoder för behandling av neurologiska sjukdomar.