Dobro usmerjeni streli v bolezni

Iščemo učinkovito zdravilo in cepivo za koronavirus in njegovo okužbo. Trenutno nimamo zdravil z dokazano učinkovitostjo. Vendar pa obstaja še en način boja proti boleznim, ki je bolj povezan s svetom tehnologije kot z biologijo in medicino ...

Leta 1998, tj. v času, ko je ameriški raziskovalec, Kevin Tracy (1), izvajal svoje poskuse na podganah, ni bilo opaziti povezave med vagusnim živcem in imunskim sistemom v telesu. Takšna kombinacija je veljala za skoraj nemogočo.

Toda Tracy je bila prepričana v obstoj. Na živce živali je priklopil ročni električni impulzni stimulator in ga zdravil s ponavljajočimi se »streli«. Nato je podgani dal TNF (faktor tumorske nekroze), protein, ki je povezan z vnetjem pri živalih in ljudeh. Žival naj bi se akutno vnela v eni uri, a so pri pregledu ugotovili, da je TNF blokiran za 75 %.

Izkazalo se je, da je živčni sistem deloval kot računalniški terminal, s katerim lahko preprečiš okužbo, preden se začne, ali pa ustavi njen razvoj.

Pravilno programirani električni impulzi, ki vplivajo na živčni sistem, lahko nadomestijo učinke dragih zdravil, ki niso brezbrižna do zdravja bolnika.

Daljinski upravljalnik telesa

To odkritje je odprlo novo vejo, imenovano bioelektronika, ki išče vse več miniaturnih tehničnih rešitev za stimulacijo telesa, da bi vzbudil skrbno načrtovane odzive. Tehnika je še v povojih. Poleg tega obstajajo resni pomisleki glede varnosti elektronskih vezij. Vendar ima v primerjavi s farmacevtskimi izdelki ogromne prednosti.

Maja 2014 je Tracy to povedala za New York Times bioelektronske tehnologije lahko uspešno nadomestijo farmacevtsko industrijo in jo v zadnjih letih pogosto ponavljal.

Podjetje SetPoint Medical (2), ki ga je ustanovil, je pred dvema letoma prvič uporabilo novo terapijo pri skupini dvanajstih prostovoljcev iz Bosne in Hercegovine. V njihove vratove so vsadili drobne stimulatorje vagusnega živca, ki oddajajo električne signale. Pri osmih ljudeh je bil test uspešen – akutna bolečina je popustila, raven provnetnih beljakovin se je vrnila v normalno stanje, kar je najpomembneje, nova metoda ni povzročila resnih stranskih učinkov. Znižal je raven TNF za približno 80 %, ne da bi ga popolnoma odstranil, kot je to v primeru farmakoterapije.

2. Bioelektronski čip SetPoint Medical

Po letih laboratorijskih raziskav je leta 2011 SetPoint Medical, v katerega je vlagalo farmacevtsko podjetje GlaxoSmithKline, začela klinična preskušanja vsadkov, ki stimulirajo živce, za boj proti boleznim. Dve tretjini bolnikov v študiji, ki so imeli vsadke, daljše od 19 cm v vratu, povezane z vagusnim živcem, je doživelo izboljšanje, zmanjšano bolečino in oteklino. Znanstveniki pravijo, da je to šele začetek, načrtujejo pa jih za zdravljenje drugih bolezni z električno stimulacijo, kot so astma, sladkorna bolezen, epilepsija, neplodnost, debelost in celo rak. Seveda tudi okužbe, kot je COVID-XNUMX.

Kot koncept je bioelektronika preprosta. Skratka, prenaša signale v živčni sistem, ki telesu sporočajo, naj si opomore.

Vendar pa je, kot vedno, problem v podrobnostih, kot so pravilna razlaga in prevod električnega jezika živčnega sistema. Varnost je drugo vprašanje. Navsezadnje govorimo o elektronskih napravah, ki so brezžično povezane v omrežje (3), kar pomeni -.

Ko govori Anand Ragunatan, profesor elektrotehnike in računalništva na univerzi Purdue, mi bioelektronika "daje daljinsko upravljanje nečijega telesa." To je tudi resen preizkus. miniaturizacija, vključno z metodami za učinkovito povezovanje z omrežji nevronov, ki bi omogočile pridobivanje ustreznih količin podatkov.

Vir 3Možganski vsadki, ki komunicirajo brezžično

Bioelektronike ne smemo zamenjevati z bio kibernetika (to je biološka kibernetika), niti z bioniko (ki je nastala iz biokibernetike). To so ločene znanstvene discipline. Njihov skupni imenovalec je sklicevanje na biološko in tehnično znanje.

Polemika o dobrih optično aktiviranih virusih

Danes znanstveniki ustvarjajo vsadke, ki lahko neposredno komunicirajo z živčnim sistemom v poskusu boja proti različnim zdravstvenim težavam, od raka do navadnega prehlada.

Če bi bili raziskovalci uspešni in bi bioelektronika postala razširjena, bi lahko na milijone ljudi nekega dne hodili z računalniki, povezanimi z njihovim živčnim sistemom.

Na področju sanj, a ne povsem nerealnih, obstajajo na primer sistemi zgodnjega opozarjanja, ki z električnimi signali v trenutku zaznajo »obisk« takšnega koronavirusa v telesu in vanj usmerijo orožje (farmakološko ali celo nanoelektronsko). . agresorja, dokler ne napade celoten sistem.

Raziskovalci se trudijo najti metodo, ki bo hkrati razumela signale iz več sto tisoč nevronov. Natančna registracija in analiza sta bistveni za bioelektronikotako da lahko znanstveniki ugotovijo neskladja med osnovnimi nevronskimi signali pri zdravih ljudeh in signali, ki jih proizvaja oseba z določeno boleznijo.

Tradicionalni pristop k snemanju nevronskih signalov je uporaba drobnih sond z elektrodami v notranjosti, imenovane. Raziskovalec raka prostate lahko na primer pri zdravi miški pritrdi sponke na živec, povezan s prostato, in zabeleži aktivnost. Enako bi lahko storili z bitjem, katerega prostata je bila gensko spremenjena, da je povzročila maligne tumorje. Primerjava neobdelanih podatkov obeh metod bo ugotovila, kako različni so živčni signali pri miših z rakom. Na podlagi teh podatkov bi lahko korektivni signal programirali v bioelektronsko napravo za zdravljenje raka.

Imajo pa slabosti. Izberejo lahko samo eno celico naenkrat, zato ne zberejo dovolj podatkov, da bi videli celotno sliko. Ko govori Adam E. Cohen, profesor kemije in fizike na Harvardu, "je kot, da bi opero poskušali videti skozi slamico."

Cohen, strokovnjak na rastočem področju, imenovan optogenetika, verjame, da lahko premaga omejitve zunanjih popravkov. Njegove raziskave poskušajo uporabiti optogenetiko za dešifriranje nevronskega jezika bolezni. Težava je v tem, da nevronska aktivnost ne izvira iz glasov posameznih nevronov, temveč iz celotnega orkestra, ki deluje v medsebojni povezavi. Ogled enega za drugim vam ne daje celostnega pogleda.

Optogenetika se je začela v 90. letih prejšnjega stoletja, ko so znanstveniki vedeli, da beljakovine, imenovane opsini v bakterijah in algah, proizvajajo električno energijo, ko so izpostavljeni svetlobi. Optogenetika uporablja ta mehanizem.

Geni opsina se vstavijo v DNK neškodljivega virusa, ki se nato injicira v subjektove možgane ali periferni živec. S spreminjanjem genetskega zaporedja virusa raziskovalci ciljajo na specifične nevrone, kot so tisti, ki so odgovorni za občutek mraza ali bolečine, ali področja možganov, za katera je znano, da so odgovorni za določena dejanja ali vedenja.

Nato se skozi kožo ali lobanjo vstavi optično vlakno, ki prenaša svetlobo od njene konice do mesta, kjer se nahaja virus. Svetloba iz optičnega vlakna aktivira opsin, ki nato vodi električni naboj, zaradi katerega nevron "zasveti" (4). Tako lahko znanstveniki nadzorujejo reakcije telesa miši, ki povzročajo spanje in agresijo na ukaz.

4. Nevron, ki ga nadzoruje svetloba

Toda pred uporabo opsinov in optogenetike za aktiviranje nevronov, vključenih v nekatere bolezni, morajo znanstveniki ugotoviti ne le, kateri nevroni so odgovorni za bolezen, ampak tudi, kako bolezen vpliva na živčni sistem.

Tako kot računalniki, nevroni govorijo binarni jezik, s slovarjem glede na to, ali je njihov signal vklopljen ali izklopljen. Vrstni red, časovni intervali in intenzivnost teh sprememb določajo način prenosa informacij. Če pa lahko štejemo, da bolezen govori svoj jezik, je potreben tolmač.

Cohen in njegovi sodelavci so menili, da optogenetika to lahko obvlada. Zato so proces razvili v obratnem položaju – namesto da bi s svetlobo aktivirali nevrone, uporabljajo svetlobo za beleženje svoje aktivnosti.

Opsins bi lahko bili način za zdravljenje vseh vrst bolezni, vendar bodo znanstveniki verjetno morali razviti bioelektronske naprave, ki jih ne uporabljajo. Uporaba gensko spremenjenih virusov bo za oblasti in družbo postala nesprejemljiva. Poleg tega metoda opsina temelji na genski terapiji, ki v kliničnih preskušanjih še ni dosegla dokončnega uspeha, je zelo draga in zdi se, da prinaša resna tveganja za zdravje.

Cohen omenja dve možnosti. Eden od njih je povezan z molekulami, ki se obnašajo kot opsini. Drugi uporablja RNA za pretvorbo v opsin podoben protein, ker ne spremeni DNK, zato ni tveganj za gensko terapijo. Pa vendar glavni problem zagotavljanje svetlobe na območju. Obstajajo modeli možganskih vsadkov z integriranim laserjem, a Cohen, na primer, meni, da je bolj primerna uporaba zunanjih svetlobnih virov.

Na dolgi rok bioelektronika (5) obljublja celovito rešitev za vse zdravstvene težave, s katerimi se sooča človeštvo. To je trenutno zelo eksperimentalno področje.

Je pa nedvomno zelo zanimivo.