Labi mērķēti šāvieni slimībā

Mēs meklējam efektīvu līdzekli un vakcīnu pret koronavīrusu un tā infekciju. Šobrīd mums nav zāļu ar pierādītu efektivitāti. Tomēr ir vēl viens veids, kā cīnīties ar slimībām, kas vairāk saistītas ar tehnoloģiju pasauli, nevis ar bioloģiju un medicīnu ...

1998. gadā, t.i. laikā, kad amerikāņu pētnieks, Kevins Treisijs (1), veica savus eksperimentus ar žurkām, netika novērota saikne starp vagusa nervu un imūnsistēmu organismā. Šāda kombinācija tika uzskatīta par gandrīz neiespējamu.

Bet Treisija bija pārliecināta par eksistenci. Viņš dzīvnieka nervam pieslēdza rokās turamu elektrisko impulsu stimulatoru un apstrādāja to ar atkārtotiem "šāvieniem". Pēc tam viņš iedeva žurkām TNF (audzēja nekrozes faktoru), proteīnu, kas saistīts ar iekaisumu gan dzīvniekiem, gan cilvēkiem. Bija paredzēts, ka dzīvniekam akūti iekaist stundas laikā, taču pārbaudē tika konstatēts, ka TNF ir bloķēts par 75%.

Izrādījās, ka nervu sistēma darbojās kā datora terminālis, ar kuru jūs varat vai nu novērst infekciju, pirms tā sākas, vai arī apturēt tās attīstību.

Pareizi ieprogrammēti elektriskie impulsi, kas ietekmē nervu sistēmu, var aizstāt dārgu zāļu iedarbību, kas nav vienaldzīga pret pacienta veselību.

Ķermeņa tālvadības pults

Šis atklājums atvēra jaunu filiāli ar nosaukumu bioelektronika, kas meklē arvien vairāk miniatūru tehniskos risinājumus ķermeņa stimulēšanai, lai izraisītu rūpīgi plānotas atbildes. Tehnika joprojām ir sākuma stadijā. Turklāt pastāv nopietnas bažas par elektronisko shēmu drošību. Tomēr salīdzinājumā ar farmaceitiskajiem līdzekļiem tam ir milzīgas priekšrocības.

2014. gada maijā Treisija to pastāstīja laikrakstam New York Times bioelektroniskās tehnoloģijas var veiksmīgi aizstāt farmācijas nozari un pēdējos gados to bieži atkārtoja.

Viņa dibinātais uzņēmums SetPoint Medical (2) pirmo reizi jauno terapiju piemēroja divpadsmit brīvprātīgo grupai no Bosnijas un Hercegovinas pirms diviem gadiem. Viņu kaklā ir implantēti sīki vagusa nervu stimulatori, kas izstaro elektriskos signālus. Astoņiem cilvēkiem pārbaude bija veiksmīga – akūtas sāpes mazinājās, pro-iekaisuma proteīnu līmenis normalizējās, un, galvenais, jaunā metode neizraisīja nopietnas blakusparādības. Tas samazināja TNF līmeni par aptuveni 80%, to pilnībā neizslēdzot, kā tas ir farmakoterapijas gadījumā.

2. Bioelektroniskā mikroshēma SetPoint Medical

Pēc gadiem ilgiem laboratorijas pētījumiem 2011. gadā SetPoint Medical, kurā ieguldīja farmācijas uzņēmums GlaxoSmithKline, sāka nervus stimulējošu implantu klīniskos izmēģinājumus, lai cīnītos pret slimībām. Divām trešdaļām pacientu, kuriem bija implanti, kas bija garāki par 19 cm kaklā, kas savienoti ar klejotājnervu, novēroja uzlabojumus, mazināja sāpes un pietūkumu. Zinātnieki saka, ka tas ir tikai sākums, un viņi plāno tos ārstēt ar elektrisku stimulāciju citām slimībām, piemēram, astmu, diabētu, epilepsiju, neauglību, aptaukošanos un pat vēzi. Protams, arī tādas infekcijas kā COVID-XNUMX.

Kā jēdziens bioelektronika ir vienkārša. Īsāk sakot, tas pārraida signālus nervu sistēmai, kas liek ķermenim atgūties.

Tomēr, kā vienmēr, problēma slēpjas detaļās, piemēram, pareizā interpretācijā un nervu sistēmas elektriskās valodas tulkošana. Drošība ir cits jautājums. Galu galā mēs runājam par elektroniskām ierīcēm, kas bezvadu režīmā savienotas ar tīklu (3), kas nozīmē -.

Kā viņš runā Anands Ragunatāns, Purdue universitātes elektrotehnikas un datortehnikas profesors, bioelektronika "dod man tālvadību pār kāda cilvēka ķermeni". Tas arī ir nopietns pārbaudījums. miniaturizācija, tostarp metodes efektīvai pieslēgšanai neironu tīkliem, kas ļautu iegūt atbilstošu datu apjomu.

Avots 3Brain implanti, kas sazinās bezvadu režīmā

Bioelektroniku nedrīkst sajaukt ar biokibernētika (tas ir, bioloģiskā kibernētika), ne ar bioniku (kas radās no biokibernētikas). Tās ir atsevišķas zinātnes disciplīnas. To kopsaucējs ir atsauce uz bioloģiskajām un tehniskajām zināšanām.

Strīdi par labiem optiski aktivizētiem vīrusiem

Mūsdienās zinātnieki veido implantus, kas spēj tieši sazināties ar nervu sistēmu, cenšoties cīnīties ar dažādām veselības problēmām, sākot no vēža līdz saaukstēšanās slimībām.

Ja pētnieki būtu veiksmīgi un bioelektronika kļūtu plaši izplatīta, miljoniem cilvēku kādu dienu varētu staigāt ar datoriem, kas savienoti ar viņu nervu sistēmu.

Sapņu valstībā, bet ne gluži nereālistiski, ir, piemēram, agrīnās brīdināšanas sistēmas, kas, izmantojot elektriskos signālus, acumirklī konstatē šāda koronavīrusa “viesošanos” organismā un virza pret to ieročus (farmakoloģiskos vai pat nanoelektroniskos). . agresoru, līdz tas uzbrūk visai sistēmai.

Pētnieki cīnās, lai atrastu metodi, kas vienlaikus saprastu signālus no simtiem tūkstošu neironu. Precīza reģistrācija un analīze, kas ir būtiska bioelektronikailai zinātnieki varētu noteikt neatbilstības starp pamata nervu signāliem veseliem cilvēkiem un signāliem, ko rada persona ar noteiktu slimību.

Tradicionālā pieeja neironu signālu ierakstīšanai ir izmantot sīkas zondes ar elektrodiem iekšpusē, ko sauc. Piemēram, prostatas vēža pētnieks veselai pelei var piestiprināt skavas nervam, kas saistīts ar prostatu, un reģistrēt darbību. To pašu varētu darīt ar radījumu, kura prostata ir ģenētiski modificēta, lai radītu ļaundabīgus audzējus. Salīdzinot abu metožu neapstrādātos datus, varēsim noteikt, cik atšķirīgi nervu signāli ir pelēm ar vēzi. Pamatojoties uz šādiem datiem, koriģējošu signālu savukārt varētu ieprogrammēt bioelektroniskā ierīcē vēža ārstēšanai.

Bet viņiem ir trūkumi. Viņi vienlaikus var atlasīt tikai vienu šūnu, tāpēc viņi neapkopo pietiekami daudz datu, lai redzētu kopējo attēlu. Kā viņš runā Ādams E. Koens, Hārvardas ķīmijas un fizikas profesors, "tas ir kā mēģināt redzēt operu caur salmiņu."

Koens, eksperts augošā jomā sauc optoģenētika, uzskata, ka tas var pārvarēt ārējo ielāpu ierobežojumus. Viņa pētījumi mēģina izmantot optoģenētiku, lai atšifrētu slimības nervu valodu. Problēma ir tā, ka neironu darbība nerodas no atsevišķu neironu balsīm, bet gan no vesela to orķestra, kas darbojas viens pret otru. Skatīšana pa vienam nedod holistisku skatījumu.

Optoģenētika aizsākās 90. gados, kad zinātnieki zināja, ka olbaltumvielas, ko sauc par opsīniem baktērijās un aļģēs, rada elektrību, pakļaujoties gaismai. Optoģenētika izmanto šo mehānismu.

Opsīna gēni tiek ievietoti nekaitīga vīrusa DNS, kas pēc tam tiek ievadīts subjekta smadzenēs vai perifērajā nervā. Mainot vīrusa ģenētisko secību, pētnieki ir vērsti uz specifiskiem neironiem, piemēram, tiem, kas ir atbildīgi par aukstuma vai sāpju sajūtu, vai smadzeņu zonām, kas ir atbildīgas par noteiktām darbībām vai uzvedību.

Pēc tam caur ādu vai galvaskausu tiek ievietota optiskā šķiedra, kas pārraida gaismu no tā gala uz vietu, kur atrodas vīruss. Optiskās šķiedras gaisma aktivizē opsīnu, kas savukārt vada elektrisko lādiņu, kas izraisa neirona "iedegšanos" (4). Tādējādi zinātnieki var kontrolēt peļu ķermeņa reakcijas, izraisot miegu un agresiju pēc komandas.

4. Neirons, ko kontrolē gaisma

Bet pirms opsīnu un optoģenētikas izmantošanas, lai aktivizētu neironus, kas iesaistīti noteiktās slimībās, zinātniekiem ir jānosaka ne tikai tie neironi, kas ir atbildīgi par slimību, bet arī tas, kā slimība mijiedarbojas ar nervu sistēmu.

Tāpat kā datori, neironi runā binārā valoda, izmantojot vārdnīcu, pamatojoties uz to, vai signāls ir ieslēgts vai izslēgts. Šo izmaiņu secība, laika intervāli un intensitāte nosaka informācijas pārraides veidu. Tomēr, ja var uzskatīt, ka slimība runā savā valodā, ir nepieciešams tulks.

Koens un viņa kolēģi uzskatīja, ka optoģenētika varētu tikt galā ar to. Tāpēc viņi attīstīja procesu apgrieztā veidā – tā vietā, lai izmantotu gaismu, lai aktivizētu neironus, viņi izmanto gaismu, lai reģistrētu savu darbību.

Opsīni varētu būt veids, kā ārstēt visu veidu slimības, taču zinātniekiem, visticamāk, būs jāizstrādā bioelektroniskās ierīces, kas tās neizmanto. Ģenētiski modificēto vīrusu izmantošana iestādēm un sabiedrībai kļūs nepieņemama. Turklāt opsīna metode ir balstīta uz gēnu terapiju, kas vēl nav guvusi pārliecinošus panākumus klīniskajos pētījumos, ir ļoti dārga un, šķiet, rada nopietnus draudus veselībai.

Koens min divas alternatīvas. Viens no tiem ir saistīts ar molekulām, kas uzvedas kā opsīni. Otrajā izmanto RNS, lai to pārvērstu par opsīnam līdzīgu proteīnu, jo tas nemaina DNS, tāpēc nav gēnu terapijas risku. Tomēr galvenā problēma nodrošina apgaismojumu apgabalā. Ir smadzeņu implantu konstrukcijas ar integrētu lāzeru, bet, piemēram, Koens uzskata par piemērotāku izmantot ārējos gaismas avotus.

Ilgtermiņā bioelektronika (5) sola visaptverošu risinājumu visām veselības problēmām, ar kurām saskaras cilvēce. Šobrīd tā ir ļoti eksperimentāla joma.

Tomēr tas nenoliedzami ir ļoti interesants.