Dobro ciljani hici u bolesti

Tražimo učinkovit lijek i cjepivo za koronavirus i njegovu infekciju. Trenutno nemamo lijekove s dokazanom djelotvornošću. Međutim, postoji još jedan način borbe protiv bolesti, više vezan za svijet tehnologije nego za biologiju i medicinu...

Godine 1998. tj. u vrijeme kada je američki istraživač, Kevin Tracy (1), provodio je svoje eksperimente na štakorima, nije uočena veza između vagusnog živca i imunološkog sustava u tijelu. Takva se kombinacija smatrala gotovo nemogućom.

Ali Tracy je bila sigurna u postojanje. Spojio je ručni stimulator električnog impulsa na živac životinje i liječio ga ponovljenim "hicenjem". Zatim je štakoru dao TNF (faktor nekroze tumora), protein povezan s upalom i kod životinja i kod ljudi. Životinja se trebala akutno upaliti u roku od sat vremena, no pregledom je ustanovljeno da je TNF blokiran za 75%.

Pokazalo se da je živčani sustav djelovao kao računalni terminal, s kojim možete spriječiti infekciju prije nego što ona počne ili zaustaviti njezin razvoj.

Ispravno programirani električni impulsi koji utječu na živčani sustav mogu zamijeniti učinke skupih lijekova koji nisu ravnodušni za zdravlje pacijenta.

Daljinski upravljač za tijelo

Ovo otkriće otvorilo je novu granu pod nazivom bioelektronika, koja traži sve više minijaturnih tehničkih rješenja za stimulaciju tijela kako bi izazvala pomno planirane odgovore. Tehnika je još u povojima. Osim toga, postoji ozbiljna zabrinutost za sigurnost elektroničkih sklopova. Međutim, u usporedbi s farmaceutskim proizvodima, ima ogromne prednosti.

U svibnju 2014. Tracy je to rekla za New York Times bioelektroničke tehnologije mogu uspješno zamijeniti farmaceutsku industriju i često je ponavljao posljednjih godina.

Tvrtka koju je osnovao, SetPoint Medical (2), prvi je prije dvije godine primijenila novu terapiju na grupu od dvanaest volontera iz Bosne i Hercegovine. Sićušni stimulatori vagusnog živca koji emitiraju električne signale ugrađeni su u njihove vratove. Kod osam osoba test je bio uspješan – akutna bol je popustila, razina proupalnih proteina se vratila na normalu i, što je najvažnije, nova metoda nije izazvala ozbiljne nuspojave. Snizio je razinu TNF-a za oko 80%, a da ga nije u potpunosti eliminirao, kao što je slučaj s farmakoterapijom.

2. Bioelektronički čip SetPoint Medical

Nakon godina laboratorijskih istraživanja, 2011. godine, SetPoint Medical, u koji je uložila farmaceutska tvrtka GlaxoSmithKline, započeo je klinička ispitivanja implantata koji stimuliraju živce u borbi protiv bolesti. Dvije trećine pacijenata u studiji koji su imali implantate dulje od 19 cm u vratu povezane s vagusnim živcem doživjelo je poboljšanje, smanjenje boli i otekline. Znanstvenici kažu da je ovo tek početak, a planiraju ih liječiti električnom stimulacijom od drugih bolesti kao što su astma, dijabetes, epilepsija, neplodnost, pretilost pa čak i rak. Naravno, i infekcije poput COVID-XNUMX.

Kao koncept, bioelektronika je jednostavna. Ukratko, prenosi signale živčanom sustavu koji govore tijelu da se oporavi.

Međutim, kao i uvijek, problem leži u detaljima, poput ispravnog tumačenja i prijevod električnog jezika živčanog sustava. Sigurnost je drugo pitanje. Uostalom, govorimo o elektroničkim uređajima povezanim bežično na mrežu (3), što znači -.

Dok govori Anand Ragunatan, profesor elektrotehnike i računalnog inženjerstva na Sveučilištu Purdue, bioelektronika mi "daje daljinsko upravljanje nečijim tijelom". Ovo je također ozbiljan test. minijaturizacija, uključujući metode za učinkovito povezivanje s mrežama neurona koje bi omogućile dobivanje odgovarajućih količina podataka.

Izvor 3Moždani implantati koji komuniciraju bežično

Bioelektroniku ne treba miješati s biokibernetika (odnosno biološka kibernetika), niti s bionikom (koja je nastala iz biokibernetike). To su zasebne znanstvene discipline. Njihov zajednički nazivnik je upućivanje na biološko i tehničko znanje.

Kontroverze o dobrim optički aktiviranim virusima

Danas znanstvenici stvaraju implantate koji mogu izravno komunicirati sa živčanim sustavom u pokušaju borbe protiv raznih zdravstvenih problema, od raka do obične prehlade.

Kad bi istraživači bili uspješni i bioelektronika bi postala raširena, milijuni ljudi bi jednoga dana mogli hodati s računalima povezanim s njihovim živčanim sustavima.

U carstvu snova, ali ne sasvim nerealno, postoje, na primjer, sustavi ranog upozorenja koji pomoću električnih signala trenutačno otkrivaju "posjet" takvog koronavirusa u tijelu i usmjeravaju oružje (farmakološko ili čak nanoelektronsko) na njega. . agresora dok ne napadne cijeli sustav.

Istraživači se bore pronaći metodu koja će razumjeti signale od stotina tisuća neurona u isto vrijeme. Točna registracija i analiza bitni za bioelektronikutako da znanstvenici mogu identificirati nedosljednosti između osnovnih neuralnih signala kod zdravih ljudi i signala koje proizvodi osoba s određenom bolešću.

Tradicionalni pristup snimanju neuronskih signala je korištenje sićušnih sondi s elektrodama unutar tzv. Istraživač raka prostate, na primjer, može pričvrstiti stezaljke na živac povezan s prostatom kod zdravog miša i zabilježiti aktivnost. Isto bi se moglo učiniti sa stvorenjem čija je prostata genetski modificirana kako bi proizvela maligne tumore. Usporedba sirovih podataka obje metode omogućit će nam da odredimo koliko su različiti živčani signali kod miševa s rakom. Na temelju takvih podataka, korektivni signal bi se zauzvrat mogao programirati u bioelektronički uređaj za liječenje raka.

Ali oni imaju nedostatke. Mogu odabrati samo jednu ćeliju odjednom, tako da ne prikupljaju dovoljno podataka da bi vidjeli širu sliku. Dok govori Adam E. Cohen, profesor kemije i fizike na Harvardu, "to je kao da pokušavate vidjeti operu kroz slamku."

Cohen, stručnjak u rastućem području tzv optogenetika, vjeruje da može prevladati ograničenja vanjskih zakrpa. Njegovo istraživanje pokušava upotrijebiti optogenetiku za dešifriranje neuralnog jezika bolesti. Problem je u tome što neuralna aktivnost ne dolazi od glasova pojedinih neurona, već od čitavog orkestra koji djeluju u međusobnom odnosu. Gledanje jednog po jednog ne daje vam holistički pogled.

Optogenetika je započela 90-ih godina kada su znanstvenici znali da proteini zvani opsini u bakterijama i algama stvaraju električnu energiju kada su izloženi svjetlu. Optogenetika koristi ovaj mehanizam.

Opsinski geni se ubacuju u DNK bezopasnog virusa, koji se zatim ubrizgava u mozak ili periferni živac subjekta. Promjenom genetskog slijeda virusa, istraživači ciljaju na specifične neurone, poput onih odgovornih za osjećaj hladnoće ili boli, ili područja mozga za koja se zna da su odgovorna za određene radnje ili ponašanja.

Zatim se kroz kožu ili lubanju uvlači optičko vlakno koje od svog vrha prenosi svjetlost do mjesta gdje se virus nalazi. Svjetlost iz optičkog vlakna aktivira opsin, koji zauzvrat provodi električni naboj koji uzrokuje da neuron "svijetli" (4). Tako znanstvenici mogu kontrolirati reakcije tijela miševa, izazivajući san i agresiju na zapovijed.

4. Neuron kontrolira svjetlo

No prije upotrebe opsina i optogenetike za aktiviranje neurona uključenih u određene bolesti, znanstvenici moraju utvrditi ne samo koji su neuroni odgovorni za bolest, već i kako bolest stupa u interakciju sa živčanim sustavom.

Poput računala, neuroni govore binarni jezik, s rječnikom na temelju je li njihov signal uključen ili isključen. Redoslijed, vremenski intervali i intenzitet tih promjena određuju način na koji se informacije prenose. Međutim, ako se može smatrati da bolest govori svojim jezikom, potreban je tumač.

Cohen i njegovi kolege smatrali su da se optogenetika može nositi s tim. Stoga su proces razvili obrnutim putem – umjesto da koriste svjetlost za aktivaciju neurona, oni koriste svjetlost za bilježenje svoje aktivnosti.

Opsins bi mogli biti način liječenja svih vrsta bolesti, ali znanstvenici će vjerojatno morati razviti bioelektroničke uređaje koji ih ne koriste. Korištenje genetski modificiranih virusa postat će neprihvatljivo za vlasti i društvo. Osim toga, opsin metoda temelji se na genskoj terapiji, koja još nije postigla uvjerljiv uspjeh u kliničkim ispitivanjima, vrlo je skupa i čini se da nosi ozbiljne zdravstvene rizike.

Cohen spominje dvije alternative. Jedna od njih povezana je s molekulama koje se ponašaju poput opsina. Drugi koristi RNK da se pretvori u protein sličan opsinu jer ne mijenja DNK, tako da nema rizika od genske terapije. Ipak, glavni problem osiguravanje svjetla u prostoru. Postoje dizajni za moždane implantate s ugrađenim laserom, ali Cohen, primjerice, smatra prikladnijim korištenje vanjskih izvora svjetlosti.

Dugoročno, bioelektronika (5) obećava sveobuhvatno rješenje za sve zdravstvene probleme s kojima se čovječanstvo suočava. Ovo je trenutno vrlo eksperimentalno područje.

Međutim, nedvojbeno je vrlo zanimljiv.