Dobre mierené strely v nevoľnosti

Hľadáme účinný liek a vakcínu proti koronavírusu a jeho infekcii. Momentálne nemáme lieky s preukázanou účinnosťou. Existuje však aj iný spôsob boja proti chorobám, ktorý súvisí viac so svetom techniky ako s biológiou a medicínou...

V roku 1998, t.j. v čase, keď americký prieskumník, Kevin Tracy (1), vykonal svoje experimenty na potkanoch, nebolo pozorované žiadne spojenie medzi blúdivým nervom a imunitným systémom v tele. Takáto kombinácia bola považovaná za takmer nemožnú.

Ale Tracy si bola istá existenciou. K nervu zvieraťa pripojil ručný stimulátor elektrických impulzov a liečil ho opakovanými „výstrelmi“. Potom dal potkanom TNF (tumor necrosis factor), proteín spojený so zápalom u zvierat aj ľudí. Zviera sa malo do hodiny akútne zapáliť, no pri vyšetrení sa zistilo, že TNF je blokovaný na 75 %.

Ukázalo sa, že nervový systém fungoval ako počítačový terminál, pomocou ktorého môžete zabrániť infekcii skôr, ako začne, alebo zastaviť jej vývoj.

Správne naprogramované elektrické impulzy, ktoré ovplyvňujú nervový systém, môžu nahradiť účinky drahých liekov, ktorým nie je zdravie pacienta ľahostajné.

Diaľkové ovládanie tela

Tento objav otvoril novú pobočku tzv bioelektronika, ktorá hľadá stále miniatúrnejšie technické riešenia na stimuláciu tela s cieľom vyvolať starostlivo naplánované odozvy. Technika je stále v plienkach. Okrem toho existujú vážne obavy o bezpečnosť elektronických obvodov. V porovnaní s liečivami má však obrovské výhody.

V máji 2014 to Tracy povedala pre New York Times bioelektronické technológie môžu úspešne nahradiť farmaceutický priemysel a v posledných rokoch sa to často opakovalo.

Spoločnosť SetPoint Medical (2), ktorú založil, prvýkrát aplikovala novú terapiu skupine dvanástich dobrovoľníkov z Bosny a Hercegoviny pred dvoma rokmi. Do krku im boli implantované drobné stimulátory blúdivého nervu, ktoré vysielajú elektrické signály. U ôsmich ľudí bol test úspešný – akútna bolesť ustúpila, hladina prozápalových bielkovín sa vrátila do normálu, a čo je najdôležitejšie, nová metóda nespôsobila vážne vedľajšie účinky. Znížil hladinu TNF asi o 80 %, bez toho, aby ho úplne eliminoval, ako je to v prípade farmakoterapie.

2. Bioelektronický čip SetPoint Medical

Po rokoch laboratórneho výskumu začala v roku 2011 spoločnosť SetPoint Medical, do ktorej investovala farmaceutická spoločnosť GlaxoSmithKline, klinické skúšky nervovo stimulujúcich implantátov na boj proti chorobám. Dve tretiny pacientov v štúdii, ktorí mali implantáty dlhšie ako 19 cm na krku spojené s blúdivým nervom, zaznamenali zlepšenie, zníženie bolesti a opuchu. Vedci tvrdia, že je to len začiatok a plánujú ich liečiť elektrickou stimuláciou iných chorôb, ako je astma, cukrovka, epilepsia, neplodnosť, obezita a dokonca aj rakovina. Samozrejme, aj infekcie ako COVID-XNUMX.

Ako koncept je bioelektronika jednoduchá. Stručne povedané, prenáša signály do nervového systému, ktoré hovoria telu, aby sa zotavilo.

Problém však ako vždy spočíva v detailoch, akými sú správna interpretácia a preklad elektrického jazyka nervového systému. Ďalším problémom je bezpečnosť. Koniec koncov, hovoríme o elektronických zariadeniach pripojených bezdrôtovo k sieti (3), čo znamená -.

Ako hovorí Anand Ragunatan, profesor elektrotechniky a počítačového inžinierstva na Purdue University, bioelektronika "mám diaľkové ovládanie niečieho tela." Toto je tiež vážny test. miniaturizáciavrátane metód na efektívne pripojenie k sieťam neurónov, ktoré by umožnili získať primerané množstvo údajov.

Zdroj 3Brain implantáty, ktoré komunikujú bezdrôtovo

Bioelektronika by sa nemala zamieňať s bio kybernetika (čiže biologická kybernetika), ani s bionikou (ktorá vzišla z biokybernetiky). Ide o samostatné vedné odbory. Ich spoločným menovateľom je odkaz na biologické a technické poznatky.

Polemika o dobrých opticky aktivovaných vírusoch

Dnes vedci vytvárajú implantáty, ktoré môžu priamo komunikovať s nervovým systémom v snahe bojovať proti rôznym zdravotným problémom, od rakoviny až po nádchu.

Ak by boli výskumníci úspešní a bioelektronika by sa rozšírila, milióny ľudí by jedného dňa mohli chodiť s počítačmi pripojenými k ich nervovej sústave.

V ríši snov, no nie celkom nereálnych, sú napríklad systémy včasného varovania, ktoré pomocou elektrických signálov okamžite detegujú „návštevu“ takéhoto koronavírusu v tele a nasmerujú naň zbrane (farmakologické či dokonca nanoelektronické). . agresora, kým nezaútočí na celý systém.

Výskumníci sa snažia nájsť metódu, ktorá bude rozumieť signálom zo stoviek tisíc neurónov súčasne. Presná registrácia a analýza sú nevyhnutné pre bioelektronikuaby vedci dokázali identifikovať nezrovnalosti medzi základnými nervovými signálmi u zdravých ľudí a signálmi produkovanými osobou s určitým ochorením.

Tradičným prístupom k zaznamenávaniu nervových signálov je použitie malých sond s elektródami vo vnútri, tzv. Výskumník rakoviny prostaty môže napríklad pripevniť svorky k nervu spojenému s prostatou u zdravej myši a zaznamenať aktivitu. To isté by sa dalo urobiť s tvorom, ktorého prostata bola geneticky upravená tak, aby produkovala zhubné nádory. Porovnanie nespracovaných údajov oboch metód určí, aké odlišné sú nervové signály u myší s rakovinou. Na základe takýchto údajov by sa opravný signál dal naprogramovať do bioelektronického zariadenia na liečbu rakoviny.

Ale majú nevýhody. Môžu vybrať iba jednu bunku naraz, takže nezhromažďujú dostatok údajov, aby videli celkový obraz. Ako hovorí Adam E. Cohen, profesor chémie a fyziky na Harvarde, "je to ako snažiť sa vidieť operu slamkou."

Cohen, odborník v pestovateľskej oblasti tzv optogenetika, verí, že dokáže prekonať obmedzenia externých záplat. Jeho výskum sa pokúša použiť optogenetiku na dešifrovanie nervového jazyka choroby. Problém je v tom, že nervová aktivita nepochádza z hlasov jednotlivých neurónov, ale z ich celého orchestra pôsobiaceho vo vzájomnom vzťahu. Prezeranie jedného po druhom vám neposkytuje holistický pohľad.

Optogenetika začala v 90. rokoch, keď vedci vedeli, že proteíny nazývané opsíny v baktériách a riasach generujú elektrinu, keď sú vystavené svetlu. Optogenetika využíva tento mechanizmus.

Opsínové gény sa vložia do DNA neškodného vírusu, ktorý sa potom vstrekne do mozgu alebo periférneho nervu subjektu. Zmenou genetickej sekvencie vírusu sa výskumníci zameriavajú na špecifické neuróny, ako sú tie, ktoré sú zodpovedné za pocit chladu alebo bolesti, alebo na oblasti mozgu, o ktorých je známe, že sú zodpovedné za určité činy alebo správanie.

Potom sa cez kožu alebo lebku zavedie optické vlákno, ktoré prepustí svetlo zo svojho hrotu na miesto, kde sa vírus nachádza. Svetlo z optického vlákna aktivuje opsín, ktorý následne vedie elektrický náboj, ktorý spôsobí, že sa neurón „rozsvieti“ (4). Vedci tak môžu kontrolovať reakcie tela myší, vyvolávajúce spánok a agresiu na povel.

4. Neurón ovládaný svetlom

Pred použitím opsínov a optogenetiky na aktiváciu neurónov zapojených do určitých chorôb však vedci musia určiť nielen to, ktoré neuróny sú zodpovedné za chorobu, ale aj to, ako choroba interaguje s nervovým systémom.

Neuróny hovoria podobne ako počítače binárny jazykso slovníkom podľa toho, či je ich signál zapnutý alebo vypnutý. Poradie, časové intervaly a intenzita týchto zmien určujú spôsob prenosu informácií. Ak sa však dá predpokladať, že choroba hovorí vlastným jazykom, je potrebný tlmočník.

Cohen a jeho kolegovia cítili, že optogenetika to zvládne. Proces teda vyvinuli opačne – namiesto použitia svetla na aktiváciu neurónov používajú svetlo na zaznamenávanie svojej aktivity.

Opsiny by mohli byť spôsobom, ako liečiť všetky druhy chorôb, ale vedci budú pravdepodobne musieť vyvinúť bioelektronické zariadenia, ktoré ich nepoužívajú. Používanie geneticky modifikovaných vírusov sa stane pre úrady a spoločnosť neprijateľné. Metóda opsínu je navyše založená na génovej terapii, ktorá zatiaľ v klinických štúdiách nedosiahla presvedčivý úspech, je veľmi drahá a zdá sa, že prináša vážne zdravotné riziká.

Cohen uvádza dve alternatívy. Jedna z nich je spojená s molekulami, ktoré sa správajú ako opsíny. Druhý využíva RNA na premenu na proteín podobný opsínu, pretože nemení DNA, takže neexistujú žiadne riziká génovej terapie. No hlavný problém poskytovanie svetla v oblasti. Existujú návrhy mozgových implantátov s integrovaným laserom, ale napríklad Cohen považuje za vhodnejšie použiť externé zdroje svetla.

Bioelektronika (5) z dlhodobého hľadiska sľubuje komplexné riešenie všetkých zdravotných problémov, ktorým ľudstvo čelí. Toto je v súčasnosti veľmi experimentálna oblasť.

Je však nepochybne veľmi zaujímavý.