Dobro ciljani hici u bolesti

Tražimo efikasan lijek i vakcinu za korona virus i njegovu infekciju. Trenutno nemamo lijekove sa 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 pacovima, nije uočena veza između vagusnog živca i imunološkog sistema u tijelu. Takva kombinacija se smatrala gotovo nemogućom.

Ali Tracy je bila sigurna u postojanje. Povezao je ručni stimulator električnog impulsa na živac životinje i tretirao ga ponovljenim "hicenjem". Zatim je štakoru dao TNF (faktor nekroze tumora), protein povezan sa upalom i kod životinja i kod ljudi. Životinja je trebalo da se akutno upali u roku od sat vremena, ali je pregledom ustanovljeno da je TNF blokiran za 75%.

Ispostavilo se da je nervni sistem djelovao kao kompjuterski terminal, pomoću kojeg možete spriječiti infekciju prije nego što ona počne ili zaustaviti njen razvoj.

Ispravno programirani električni impulsi koji utiču na nervni sistem mogu zamijeniti djelovanje skupih lijekova koji nisu ravnodušni po 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 pažljivo planirane odgovore. Tehnika je još uvijek u povojima. Osim toga, postoji ozbiljna zabrinutost za sigurnost elektronskih kola. Međutim, u poređenju sa farmaceutskim proizvodima, ima ogromne prednosti.

U maju 2014, Tracy je to rekla za New York Times bioelektronske tehnologije mogu uspješno zamijeniti farmaceutsku industriju i često se ponavljao poslednjih godina.

Kompanija SetPoint Medical (2) koju je osnovao prvi je prije dvije godine primijenila novu terapiju na grupu od dvanaest volontera iz Bosne i Hercegovine. Sićušni stimulatori vagusnog živca koji emituju električne signale ugrađeni su u njihove vratove. Kod osam osoba test je bio uspješan - akutni bol je povučen, nivo proinflamatornih proteina se vratio na normalu i, što je najvažnije, nova metoda nije izazvala ozbiljne nuspojave. Snizio je nivo TNF-a za oko 80%, a da ga nije potpuno eliminisao, kao što je slučaj sa farmakoterapijom.

2. Bioelektronski čip SetPoint Medical

Nakon godina laboratorijskih istraživanja, 2011. godine, SetPoint Medical, u koji je uložila farmaceutska kompanija GlaxoSmithKline, započela je klinička ispitivanja implantata koji stimuliraju živce u borbi protiv bolesti. Dvije trećine pacijenata u studiji koji su imali implantate duže od 19 cm u vratu povezane sa vagusnim živcem doživjeli su poboljšanje, smanjen bol i oticanje. Naučnici kažu da je ovo samo početak, a planiraju da ih liječe električnom stimulacijom od drugih bolesti kao što su astma, dijabetes, epilepsija, neplodnost, gojaznost, pa čak i rak. Naravno, i infekcije kao što je COVID-XNUMX.

Kao koncept, bioelektronika je jednostavna. Ukratko, prenosi signale nervnom sistemu koji govore telu da se oporavi.

Međutim, kao i uvijek, problem leži u detaljima, kao što su pravilno tumačenje i prevod električnog jezika nervnog sistema. Sigurnost je drugo pitanje. Uostalom, govorimo o elektronskim uređajima koji su bežično povezani na mrežu (3), što znači -.

Dok on govori Anand Ragunatan, profesor elektrotehnike i računarstva na Univerzitetu Purdue, bioelektronika mi "daje daljinsko upravljanje nečijim tijelom." Ovo je takođe ozbiljan test. minijaturizacija, uključujući metode za efikasno povezivanje na mreže neurona koje bi omogućile dobijanje odgovarajućih količina podataka.

Izvor 3Moždani implantati koji komuniciraju bežično

Bioelektroniku ne treba brkati sa biokibernetika (odnosno biološka kibernetika), niti sa bionikom (koja je nastala iz biokibernetike). To su zasebne naučne discipline. Njihov zajednički imenitelj je upućivanje na biološko i tehničko znanje.

Kontroverze oko dobrih optički aktiviranih virusa

Danas naučnici stvaraju implantate koji mogu direktno komunicirati sa nervnim sistemom u pokušaju da se bore protiv raznih zdravstvenih problema, od raka do obične prehlade.

Ako istraživači budu uspješni i bioelektronika postane raširena, milioni ljudi bi jednog dana mogli hodati s kompjuterima povezanim s njihovim nervnim sistemima.

U carstvu snova, ali ne sasvim nerealno, postoje, na primjer, sistemi ranog upozorenja koji pomoću električnih signala momentalno detektuju „posjetu” takvog koronavirusa u tijelu i usmjeravaju oružje (farmakološko ili čak nanoelektronsko) na njega. . agresora dok ne napadne ceo sistem.

Istraživači se bore da pronađu metodu koja će razumjeti signale od stotina hiljada neurona u isto vrijeme. Precizna registracija i analiza neophodna za bioelektronikutako da naučnici mogu identificirati nedosljednosti između osnovnih neuronskih 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 nerv povezan s prostatom kod zdravog miša i snimiti aktivnost. Isto bi se moglo učiniti sa stvorenjem čija je prostata genetski modificirana da proizvodi maligne tumore. Upoređivanje sirovih podataka obje metode će odrediti koliko su različiti nervni signali kod miševa oboljelih od raka. Na osnovu takvih podataka, korektivni signal bi se zauzvrat mogao programirati u bioelektronski uređaj za liječenje raka.

Ali oni imaju nedostatke. Oni mogu odabrati samo jednu po jednu ćeliju, tako da ne prikupljaju dovoljno podataka da vide širu sliku. Dok on govori Adam E. Cohen, profesor hemije i fizike na Harvardu, "to je kao da pokušavate da operu vidite kroz slamku."

Cohen, stručnjak u rastućoj oblasti tzv optogenetika, vjeruje da može prevladati ograničenja vanjskih zakrpa. Njegovo istraživanje pokušava koristiti optogenetiku za dešifriranje neuronskog jezika bolesti. Problem je u tome što neuronska aktivnost ne dolazi od glasova pojedinih neurona, već od čitavog orkestra koji djeluju u međusobnoj povezanosti. Gledanje jednog po jednog ne daje vam holistički pogled.

Optogenetika je počela 90-ih godina kada su naučnici znali da proteini koji se nazivaju opsini u bakterijama i algama stvaraju električnu energiju kada su izloženi svjetlosti. Optogenetika koristi ovaj mehanizam.

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

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

4. Neuron kontrolira svjetlo

Ali prije upotrebe opsina i optogenetike za aktiviranje neurona uključenih u određene bolesti, naučnici moraju utvrditi ne samo koji neuroni su odgovorni za bolest, već i kako bolest stupa u interakciju s nervnim sistemom.

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

Cohen i njegove kolege smatrali su da se optogenetika može nositi s tim. Tako su razvili proces obrnutim putem - umjesto da koriste svjetlost za aktivaciju neurona, oni koriste svjetlost za snimanje svoje aktivnosti.

Opsini bi mogli biti način liječenja svih vrsta bolesti, ali naučnici će vjerovatno morati razviti bioelektronske uređaje koji ih ne koriste. Upotreba genetski modificiranih virusa postat će neprihvatljiva za vlasti i društvo. Osim toga, opsin metoda se temelji 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. Jedan od njih je povezan s molekulima koji se ponašaju kao opsini. Drugi koristi RNK da se pretvori u protein sličan opsinu jer ne mijenja DNK, tako da nema rizika od genske terapije. Ipak, glavni problem obezbeđivanje svetlosti u prostoru. Postoje dizajni moždanih implantata s integriranim laserom, ali Cohen, na primjer, 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, neosporno je vrlo zanimljivo.