Sinusubaybayan ng Wireless Brain Chip ng KAIST ang Tugon ng mga Minipig sa Gamot para sa Alzheimer’s

Sinusubaybayan ang kemikal sa utak habang kumikilos ang gamot

Nasubaybayan ng wireless chip na itinanim sa prefrontal cortex ng mga minipig ang pagtaas ng isang kemikal na may kinalaman sa memorya matapos bigyan ang mga hayop ng donepezil, isang gamot na ginagamit sa paggamot sa Alzheimer’s disease. Unti-unting bumalik sa panimulang antas ang signal, kaya tuluy-tuloy na namonitor ng mga mananaliksik ang tugon ng mga kemikal sa utak sa gamot.

Pinangunahan ni Propesor Kyung-In Jang ng Department of Mechanical Engineering ng KAIST ang pananaliksik, na pinagsasama ang sensor para sa acetylcholine, isang napakaliit na pinagmumulan ng liwanag at mga elektronikong bahagi para sa wireless na pagsukat. Layunin nitong tulungan ang mga siyentipiko na subaybayan habang nangyayari ang mga pagbabago sa isang partikular na bahagi ng utak, sa halip na maghintay ng susunod na sample o pangunahing tasahin ang gamot batay sa mga pagbabago sa asal.

Nalathala ang mga natuklasan noong Oktubre 14, 2026, sa Device, isang journal na inilalathala ng Cell Press. Inanunsyo ng KAIST ang pananaliksik noong Oktubre 27. Kabilang sa mga katuwang ang Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Korea Brain Research Institute (KBRI) at Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (KRIBB).

Sinukat sa mga eksperimento ang mga tugon ng kemikal sa utak ng mga hayop. Kailangan pa ng karagdagang pananaliksik upang matukoy ang mga pakinabang nito para sa mga pasyente, kabilang ang mga pagsusuri kung mananatiling ligtas ang implant at makapagbibigay ito ng maaasahang mga sukat sa mahabang panahon.

Bakit sinubaybayan ng mga mananaliksik ang acetylcholine

Ang acetylcholine ay isang neurotransmitter, isang kemikal na mensahero na nagdadala ng impormasyon sa pagitan ng mga nerve cell. Nakakatulong ito sa pagkatuto at memorya, kaya kapaki-pakinabang itong pag-aralan ng mga mananaliksik na nagsisiyasat kung paano naaapektuhan ng mga gamot ang mga tungkuling ito.

Kumikilos ang donepezil sa acetylcholinesterase, isang enzyme na sumisira sa acetylcholine. Sa pagpigil sa enzyme na iyon, napapanatili ng gamot na aktibo nang mas matagal ang mensahero. Sa pagsubaybay sa acetylcholine matapos magbigay ng dosis, naoobserbahan ng mga mananaliksik ang isang bahagi ng prosesong iyon sa loob ng utak.

Pinili ng pangkat ang prefrontal cortex, isang bahaging sangkot sa pagpapasya, atensyon at memorya. Matapos itanim ang chip at ibigay ang donepezil, nagtala ang mga mananaliksik ng pagtaas sa signal ng acetylcholine, na sinundan ng unti-unting pagbabalik nito sa antas bago ang paggamot.

Mahalaga ang pagbabago sa signal dahil nagaganap sa paglipas ng panahon ang pagkilos ng isang gamot. Maaaring maitala ng pagsukat sa iisang sandali ang pagtaas o pagbalik ng signal, samantalang naipapakita ng tuluy-tuloy na pagrekord ang pagkakasunod-sunod ng mga yugtong iyon.

Ano ang nababago ng tuluy-tuloy na wireless na pagsukat

Madalas tasahin ng mga mananaliksik ang mga gamot para sa mga sakit sa utak sa pamamagitan ng mga pagsusuri sa memorya, asal o imaging. Iba ang mga tanong na sinasagot ng mga paraang ito kumpara sa sensor na direktang inilagay sa isang bahagi ng utak: nasusubaybayan ng mga ito ang kakayahan o pangkalahatang aktibidad, samantalang sinusubaybayan ng chip ang tugon ng isang partikular na kemikal sa bahaging pinag-implantahan nito.

Maaaring abutin ng ilang minuto o higit pa ang direktang pagkuha ng sample ng likido mula sa utak para sa bawat sample. Ginamit ang bagong aparato upang subaybayan ang mga pagbabago bawat segundo, kaya nakapagbigay ito ng mas detalyadong tala ng signal na nagbabago sa maiikling panahon.

Pinoproseso ng isang maliit na circuit ang mga sukat at ipinapadala ang mga ito sa panlabas na aparato sa pamamagitan ng Bluetooth. Dahil dito, natatanggap ng mga mananaliksik ang mga datos nang hindi kinakailangang ikabit sa recording equipment ang hayop sa pamamagitan ng kable.

Gumamit ng mga minipig dahil mas magkalapit ang laki at kayarian ng utak ng mga ito at ng utak ng tao kaysa sa mga daga. Naglaan ng mga hayop ang KRIBB at tumulong sa mga operasyong isinagawa, kasama ang mga pasilidad at kaalamang kailangan para sa bahaging ito ng pananaliksik.

Paano ginagawang nababasang signal ng chip ang mga kemikal

Kailangang gawing isang bagay na masusukat ng electronics ng chip ang acetylcholine. Gumagamit ang sensor ng mga enzyme upang magsimula ng mga reaksiyong kemikal na lumilikha ng hydrogen peroxide. Pagkatapos, ginagawang kuryente ng isang electrode ang produktong ito ng reaksiyon.

Pinagsasama ng sensing layer ang porous na chitosan at napakaninipis na nanowire na pilak at platinum. Ang chitosan ay materyal na maaaring makuha mula sa mga kabibi ng mga crustacean gaya ng hipon at alimango. Nagbibigay ang maliliit na butas nito ng malaking ibabaw na mapagdikitan ng mga enzyme na pangtukoy.

Tumutulong ang mga nanowire na gawing electrical signal ang hydrogen peroxide na nalilikha sa reaksiyon. Pinagdurugtong ng porous na materyal at mga wire na nagdadala ng kuryente ang isang kemikal na pangyayari sa utak at ang sukat na naitatala ng elektronikong kagamitan.

Maaari ring lumikha ng mga signal sa electrode ang iba pang molekula sa utak. Upang mabawasan ang interference na ito, may electrode na pinahiran ng mga enzyme ang manipis na probe sa isang panig, at electrode na walang enzyme sa kabila.

Pinaghahambing ng sistema ang dalawang sukat at ibinabawas ang signal na magkapareho sa mga ito. Nakakatulong ito na ihiwalay ang mga pagbabagong may kaugnayan sa acetylcholine mula sa karaniwang aktibidad ng mga kemikal. Dumaraan ang mga sukat sa maliit na circuit bago ipadala sa labas ng katawan ng hayop.

Sinubukan sa hiwalay na eksperimento sa mga daga ang pagpapasigla gamit ang liwanag

Mayroon ding micro light emitting diode, o micro-LED, ang chip na naghahatid ng liwanag sa loob ng utak. Sinubukan ng mga mananaliksik ang bahaging ito sa hiwalay na eksperimento sa mga transgenic na daga; tumulong ang KBRI sa mga operasyon at eksperimento.

Inhenyeriya ang mga nerve cell ng mga dagang ito upang tumugon sa liwanag. Sa pamamaraang tinatawag na optogenetics, napapagana ng mga siyentipiko ang mga piling selula gamit ang liwanag sa halip na umasa lamang sa elektrikal na pagpapasigla.

Nang buksan ng mga mananaliksik ang pinagmumulan ng liwanag ng chip, nagtala sila ng pagtaas sa signal ng acetylcholine. Ipinakita nito na kayang maghatid ng stimulus at tumukoy ng kaugnay na tugon ng kemikal ng iisang aparato.

Kaya binubuo ang pananaliksik ng dalawang magkaibang hakbang na pang-eksperimento: pagsubaybay sa tugon sa donepezil sa mga minipig at pagsubaybay sa tugon sa liwanag sa mga daga na binago ang genes. Magkaibang tungkulin ng pinagsamang aparato ang sinubok sa bawat hakbang.

Maaari bang gabayan ng mga sukat sa utak ang susunod na stimulus?

Itinuturing ni Jang at ng kanyang mga kasamahan na panimulang hakbang ang pagsasama ng sensing at stimulation tungo sa isang closed loop neural interface. Sa madaling salita, ito ay sistemang sumusukat ng tugon at ginagamit ang resulta upang magpasya kung ano ang susunod na gagawin.

Maaaring tumukoy ang susunod na bersyon sa pagbabago ng kemikal matapos ang pagpapasigla at saka isaayos ang tiyempo o lakas ng susunod na stimulus. Nagbibigay ng paraan upang siyasatin ang prosesong iyon ang pagsasama sa iisang aparato ng sensor at pinagmumulan ng liwanag.

Inilarawan ni Jang, ang propesor ng KAIST na namuno sa pananaliksik at nagsilbing kaukulang may-akda ng papel, ang layunin:

Inilalatag ng pag-aaral na ito ang pundasyon para sa mga teknolohiyang sumusubaybay sa mga pagbabago sa utak at nag-aayos ng pagpapasigla batay sa tugon nito,

Nagbibigay ang kasalukuyang pananaliksik ng pundasyong pang-eksperimento para sa paraang iyon. Kailangan pa ng karagdagang pagsusuri upang makabuo ng sistemang mapagkakatiwalaang pumipili at naghahatid ng pagpapasigla bilang tugon sa nagbabagong signal ng utak.

Paano makakatulong ang aparato sa pananaliksik sa mga gamot

Maaaring gamitin ng mga mananaliksik ang tuluy-tuloy na pagtatala ng acetylcholine upang paghambingin ang mga nangyayari matapos magbigay ng iba’t ibang dosis ng gamot o magtakda ng iba’t ibang agwat sa pagitan ng mga dosis. Sa halip na itala lamang kung tumaas ang signal, masusuri nila kung kailan ito tumaas, paano ito nagbago at kailan ito bumalik sa panimulang antas.

Makakatulong ang mga sukat na ito na iugnay ang iskedyul ng paggamot sa tugon ng kemikal sa isang piniling bahagi ng utak. Maaari ring isaalang-alang ang mga ito kasabay ng mga pagsusuri sa asal at iba pang sukat kapag sinisiyasat ng mga mananaliksik kung paano kumikilos ang isang gamot.

Ilang praktikal na tanong pa ang kailangang sagutin sa susunod na yugto ng pagbuo nito, kabilang ang kaligtasan sa matagal na pagkakatanim at ang katatagan ng mga sukat sa paglipas ng panahon. Para sa mga siyentipikong naghahambing ng mga eksperimentong isinagawa nang ilang araw o linggo ang pagitan, kailangang tuluy-tuloy at pare-pareho ang pagsukat ng sensor upang maging kapaki-pakinabang ang mga paghahambing.

Para sa mga taong may Alzheimer’s disease, kasangkapan ito para sa pananaliksik sa ngayon. Kailangan pa itong sumailalim sa karagdagang pagpapatibay bago gamitin sa tao, at walang inihayag na petsa para sa pagsubok sa tao.

Paglalathala, pakikipagtulungan at komersyalisasyon

Pinag-ugnay ng pag-aaral ang inhinyeriya, chemical sensing at mga eksperimento sa hayop sa apat na institusyon sa South Korea. Magkatuwang na unang mga may-akda sina Son Ji-eun, Oh Se-hyeok at Ha Jeong-dae ng DGIST, habang si Jang ang kaukulang may-akda na responsable sa pakikipag-ugnayan tungkol sa papel.

Sinunod ng paglalathala at anunsyo ang iskedyul na ito:

• Oktubre 14, 2026: Inilathala ng Device ang pag-aaral tungkol sa implantable chip at mga eksperimento nito sa hayop.
• Oktubre 27, 2026: Inanunsyo ng KAIST ang pananaliksik at mga plano nito para sa karagdagang pagpapaunlad.

"Implantable neural chip with electrochemical sensing and optogenetic stimulation for monitoring of cholinergic pharmacological responses" ang pamagat ng papel. 10.1016/j.device.2026.101329 ang DOI nito. Sa pamagat, tumutukoy ang electrochemical sensing sa paggawa ng mga reaksiyong kemikal bilang mga sukat na elektrikal, samantalang tumutukoy ang cholinergic sa senyas na kinasasangkutan ng acetylcholine.

Plano ng pangkat na isulong ang komersyalisasyon sa pamamagitan ng N-Side Inc., isang startup na itinatag ng mga guro at pinamumunuan ni Jang. Kailangang bigyang-pansin ang mga parehong usaping mahalaga sa laboratoryo upang maging maaasahang produkto para sa pananaliksik ang aparatong pang-eksperimento: ligtas na pagkakatanim at maaasahang mga sukat sa paglipas ng panahon.

Mahahalagang Punto

• Gumamit ang pangkat na pinamunuan ng KAIST ng implantadong wireless chip upang subaybayan ang mga signal ng acetylcholine matapos bigyan ng donepezil ang mga minipig.
• Tumaas ang signal matapos ang paggamot at saka unti-unting bumalik sa panimulang antas.
• Pinagsasama ng aparato ang chemical sensing, napakaliit na pinagmumulan ng liwanag at pagpapadala ng datos sa pamamagitan ng Bluetooth.
• Sa hiwalay na eksperimento, nagtala ng pagtaas ng mga signal ng acetylcholine matapos pasiglahin ng liwanag ang mga dagang binago ang genes.
• Kabilang sa mga posibleng gamit nito ang paghahambing ng mga tugon sa gamot at pagbuo ng pagpapasiglang umaayon sa nasukat na aktibidad ng utak.
• Kailangan pang suriin ang kaligtasan ng matagal na pagkakatanim at katatagan ng mga sukat bago ito gamitin sa tao.