Team nutzt KI und Robotik zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen

Ein Team von Forschern an der Rutgers University hat künstliche Intelligenz (KI) und Robotik eingesetzt, um therapeutische Proteine zu formulieren. Das Team konnte erfolgreich ein Enzym stabilisieren, das Narbengewebe, das durch Rückenmarksverletzungen entsteht, abbauen kann. Es kann auch die Regeneration von Gewebe fördern.

Die Studie wurde in Advanced Healthcare Materials veröffentlicht.

Stabilisierung des Enzyms

Das Enzym, das das Team stabilisiert hat, ist Chondroitinase ABC (ChABC).

Adam Gormley ist der Hauptuntersuchungsleiter des Projekts und Assistenzprofessor für Biomedizinische Ingenieurwissenschaften an der Rutgers School of Engineering (SOE) der Rutgers University-New Brunswick.

“Diese Studie stellt eines der ersten Male dar, bei denen künstliche Intelligenz und Robotik zur Formulierung hochsensibler therapeutischer Proteine und zur Verlängerung ihrer Aktivität um einen so großen Betrag eingesetzt wurden. Es ist ein bedeutender wissenschaftlicher Erfolg”, sagte Gormley.

Laut Gormley kommt Teil seiner Motivation für diese Arbeit aus einer persönlichen Verbindung zu Rückenmarksverletzungen.

“Ich werde nie vergessen, im Krankenhaus zu sein und zu erfahren, dass ein enger College-Freund wahrscheinlich nie wieder gehen würde, nachdem er von der Hüfte abwärts gelähmt worden war, nach einem Mountainbikeunfall”, sagte Gormley. “Die Therapie, die wir entwickeln, könnte vielleicht eines Tages Menschen wie meinen Freund helfen, die Narbe auf ihren Rückenmarken zu verringern und die Funktion wiederzuerlangen. Das ist ein guter Grund, morgens aufzustehen und für die Wissenschaft und die potenzielle Therapie zu kämpfen.”

Förderung der Geweberegeneration

Shashank Kosuri ist ein Doktorand der Biomedizinischen Ingenieurwissenschaften an der Rutgers SOE und einer der Hauptautoren der Studie.

Kosuri betont, dass Rückenmarksverletzungen sich negativ auf die psychische, physische und sozioökonomische Situation von Patienten und ihren Familien auswirken können. Nach einer solchen Verletzung tritt ein sekundärer Entzündungsprozess auf, der dichtes Narbengewebe produziert.

ChABC kann Narbengewebe-Moleküle abbauen und die Regeneration von Gewebe fördern, ist aber bei Körpertemperatur (98,6° F) sehr instabil. Bei dieser Temperatur verliert es innerhalb weniger Stunden seine gesamte Aktivität.

Synthetische Copolymere können sich um ChABC legen und es in feindlichen Mikroumgebungen stabilisieren. Die Forscher stabilisierten das Enzym, indem sie einen KI-gesteuerten Ansatz mit Hilfe von Robotik für die Flüssigkeitsbehandlung einsetzten, um Copolymere zu synthetisieren und zu testen, wie gut sie ChABC stabilisieren und seine Aktivität bei 98,6° F aufrechterhalten können.

Die Forscher konnten mehrere Copolymere identifizieren, die gut funktionierten, und ein Copolymer konnte etwa 30% der Enzymaktivität bis zu einer Woche lang aufrechterhalten. Diese Ergebnisse könnten bedeutende Auswirkungen auf die zukünftige Behandlung von Rückenmarksverletzungen haben.