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 ABS (ChABC).

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

“Diese Studie stellt eines der ersten Male dar, bei dem 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 ein Teil seiner Motivation, diese Arbeit abzuschließen, von 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 wurde, nach einem Mountainbike-Unfall”, sagte Gormley. “Die Therapie, die wir entwickeln, könnte vielleicht eines Tages Menschen wie meinen Freund helfen, die Narbe auf ihrem Rückenmark zu verringern und die Funktion wiederzuerlangen. Dies ist ein guter Grund, morgens aufzustehen und für die Wissenschaft und die potenzielle Therapie zu kämpfen.”

Förderung der Geweberegeneration

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

Kosuri betont, dass Rückenmarksverletzungen das psychische, physische und sozioökonomische Wohlbefinden von Patienten und ihren Familien negativ beeinflussen können. Nach einer solchen Verletzung tritt ein sekundärer Entzündungskaskade 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 alle Aktivität. 

Synthetische Copolymere können sich um ChABC wickeln und es in feindlichen Mikroumgebungen stabilisieren. Die Forscher stabilisierten das Enzym, indem sie einen KI-gesteuerten Ansatz mit flüssiger Handhabungsrobotik zur Synthese und zum Testen der Fähigkeit von Copolymeren zur Stabilisierung von ChABC und zur Aufrechterhaltung seiner Aktivität bei 98,6° F einsetzten. 

Die Forscher konnten mehrere Copolymere identifizieren, die gut funktionierten, und ein Copolymer behielt 30% des Enzyms für bis zu einer Woche. Diese Ergebnisse könnten bedeutende Auswirkungen auf die zukünftige Behandlung von Rückenmarksverletzungen haben.