Celne strzały w chorobie

Poszukujemy skutecznego leku i szczepionki na koronawirusa i jego infekcję. W tej chwili nie mamy leków o udowodnionej skuteczności. Jest jednak inny sposób na walkę z chorobami, bardziej związany ze światem technologii niż biologia i medycyna…

W 1998 roku tj. w czasach, gdy amerykański odkrywca, Kevin Tracy (1), przeprowadził swoje eksperymenty na szczurach, nie zaobserwowano żadnego związku między nerwem błędnym a układem odpornościowym organizmu. Takie połączenie uznano za prawie niemożliwe.

Ale Tracy była pewna istnienia. Podłączył ręczny stymulator impulsów elektrycznych do nerwu zwierzęcia i potraktował go powtarzającymi się „strzałami”. Następnie podał szczurom TNF (czynnik martwicy nowotworu), białko związane z zapaleniem zarówno u zwierząt, jak iu ludzi. Zwierzę miało mieć ostry stan zapalny w ciągu godziny, ale podczas badania stwierdzono, że TNF był zablokowany w 75%.

Okazało się, że układ nerwowy pełnił rolę terminala komputerowego, za pomocą którego można albo zapobiec infekcji przed jej rozpoczęciem, albo zatrzymać jej rozwój.

Prawidłowo zaprogramowane impulsy elektryczne oddziałujące na układ nerwowy mogą zastąpić działanie drogich leków, które nie są obojętne dla zdrowia pacjenta.

Pilot do ciała

To odkrycie otworzyło nową gałąź o nazwie bioelektronika, która poszukuje coraz bardziej miniaturowych rozwiązań technicznych stymulujących organizm w celu wywołania starannie zaplanowanych reakcji. Technika jest wciąż w powijakach. Ponadto istnieją poważne obawy dotyczące bezpieczeństwa obwodów elektronicznych. Jednak w porównaniu do farmaceutyków ma ogromne zalety.

W maju 2014 roku Tracy powiedziała New York Times, że technologie bioelektroniczne mogą z powodzeniem zastąpić przemysł farmaceutyczny i powtarzał to często w ostatnich latach.

Założona przez niego firma SetPoint Medical (2) po raz pierwszy zastosowała nową terapię na grupie dwunastu wolontariuszy z Bośni i Hercegowiny dwa lata temu. W ich szyje wszczepiono maleńkie stymulatory nerwu błędnego, które emitują sygnały elektryczne. U ośmiu osób test wypadł pomyślnie – ostry ból ustąpił, poziom białek prozapalnych wrócił do normy, a co najważniejsze nowa metoda nie wywołała poważnych skutków ubocznych. Zmniejszył poziom TNF o około 80%, nie eliminując go całkowicie, jak ma to miejsce w przypadku farmakoterapii.

2. Układ bioelektroniczny SetPoint Medical

Po latach badań laboratoryjnych, w 2011 roku firma SetPoint Medical, w którą zainwestowała firma farmaceutyczna GlaxoSmithKline, rozpoczęła badania kliniczne implantów stymulujących nerwy do walki z chorobami. Dwie trzecie pacjentów biorących udział w badaniu, którzy mieli implanty dłuższe niż 19 cm w szyi połączone z nerwem błędnym, doświadczyło poprawy, zmniejszenia bólu i obrzęku. Naukowcy twierdzą, że to dopiero początek i planują leczyć je elektrostymulacją innych chorób, takich jak astma, cukrzyca, epilepsja, niepłodność, otyłość, a nawet nowotwory. Oczywiście również infekcje takie jak COVID-XNUMX.

Z założenia bioelektronika jest prosta. Krótko mówiąc, przekazuje sygnały do ​​układu nerwowego, które każą organizmowi wyzdrowieć.

Jednak, jak zawsze, problem tkwi w szczegółach, takich jak prawidłowa interpretacja i tłumaczenie elektrycznego języka układu nerwowego. Bezpieczeństwo to kolejna kwestia. W końcu mówimy o urządzeniach elektronicznych podłączonych bezprzewodowo do sieci (3), co oznacza -.

Jak on mówi Anand Ragunatan, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Purdue University, bioelektronika „daje mi zdalną kontrolę nad czyimś ciałem”. To także poważny test. miniaturyzacja, w tym metody sprawnego łączenia się z sieciami neuronów, które pozwoliłyby na uzyskanie odpowiedniej ilości danych.

Źródło implantów 3Brain, które komunikują się bezprzewodowo

Bioelektroniki nie należy mylić z bio cybernetyka (czyli cybernetyki biologicznej), ani z bioniką (która wyrosła z biocybernetyki). Są to odrębne dyscypliny naukowe. Ich wspólnym mianownikiem jest odniesienie do wiedzy biologicznej i technicznej.

Kontrowersje dotyczące dobrych optycznie aktywowanych wirusów

Dzisiaj naukowcy tworzą implanty, które mogą komunikować się bezpośrednio z układem nerwowym, próbując zwalczać różne problemy zdrowotne, od raka po przeziębienie.

Gdyby naukowcy odnieśli sukces, a bioelektronika stałaby się powszechna, miliony ludzi mogłyby pewnego dnia chodzić z komputerami podłączonymi do ich układu nerwowego.

W sferze snów, ale nie do końca nierealistycznych, istnieją np. systemy wczesnego ostrzegania, które za pomocą sygnałów elektrycznych błyskawicznie wykrywają „wizytę” takiego koronawirusa w organizmie i bezpośrednio przy nim bronią (farmakologiczną, a nawet nanoelektroniczną). . agresorem, dopóki nie zaatakuje całego systemu.

Naukowcy starają się znaleźć metodę, która pozwoli jednocześnie zrozumieć sygnały z setek tysięcy neuronów. Dokładna rejestracja i analiza niezbędna dla bioelektronikiaby naukowcy mogli zidentyfikować niespójności między podstawowymi sygnałami neuronowymi u zdrowych ludzi a sygnałami wytwarzanymi przez osobę z konkretną chorobą.

Tradycyjne podejście do rejestracji sygnałów neuronowych polega na wykorzystaniu maleńkich sond z elektrodami w środku, tzw. Na przykład badacz raka prostaty może przyczepić klamry do nerwu związanego z prostatą u zdrowej myszy i rejestrować aktywność. To samo można było zrobić ze stworzeniem, którego prostata została genetycznie zmodyfikowana w celu wytworzenia złośliwych guzów. Porównanie surowych danych z obu metod pozwoli określić, jak różne są sygnały nerwowe u myszy z rakiem. Na podstawie takich danych sygnał korekcyjny można by z kolei zaprogramować w bioelektronicznym urządzeniu do leczenia raka.

Ale mają wady. Mogą wybrać tylko jedną komórkę na raz, więc nie zbierają wystarczającej ilości danych, aby zobaczyć pełny obraz. Jak on mówi Adam E. Cohen, profesor chemii i fizyki na Harvardzie, „to jak próba spojrzenia na operę przez słomkę”.

Cohen, ekspert w rozwijającej się dziedzinie zwanej optogenetykawierzy, że może przezwyciężyć ograniczenia zewnętrznych łatek. Jego badania próbują wykorzystać optogenetykę do rozszyfrowania neuronalnego języka choroby. Problem w tym, że aktywność neuronowa nie pochodzi od głosów pojedynczych neuronów, ale od całej ich orkiestry, działającej względem siebie. Oglądanie jeden po drugim nie daje całościowego spojrzenia.

Optogenetyka rozpoczęła się w latach 90., kiedy naukowcy wiedzieli, że białka zwane opsynami w bakteriach i algach wytwarzają elektryczność po wystawieniu na działanie światła. Optogenetyka wykorzystuje ten mechanizm.

Geny opsyny są wprowadzane do DNA nieszkodliwego wirusa, który jest następnie wstrzykiwany do mózgu lub nerwu obwodowego osobnika. Zmieniając sekwencję genetyczną wirusa, naukowcy atakują określone neurony, takie jak te odpowiedzialne za odczuwanie zimna lub bólu, lub obszary mózgu, o których wiadomo, że są odpowiedzialne za określone działania lub zachowania.

Następnie przez skórę lub czaszkę wprowadza się światłowód, który przepuszcza światło ze swojego czubka do miejsca, w którym znajduje się wirus. Światło ze światłowodu aktywuje opsynę, która z kolei przewodzi ładunek elektryczny, który powoduje, że neuron „zapala się” (4). W ten sposób naukowcy mogą kontrolować reakcje organizmu myszy, powodując sen i agresję na polecenie.

4. Neuron kontrolowany przez światło

Jednak przed użyciem opsyn i optogenetyki do aktywacji neuronów zaangażowanych w określone choroby naukowcy muszą określić nie tylko, które neurony są odpowiedzialne za chorobę, ale także jak choroba oddziałuje z układem nerwowym.

Jak komputery, neurony mówią język binarny, ze słownikiem opartym na tym, czy ich sygnał jest włączony, czy wyłączony. Kolejność, odstępy czasowe i intensywność tych zmian determinują sposób przekazywania informacji. Jeśli jednak można uznać, że choroba mówi w swoim własnym języku, potrzebny jest tłumacz.

Cohen i jego koledzy uważali, że optogenetyka sobie z tym poradzi. Opracowali więc proces w odwrotnej kolejności - zamiast używać światła do aktywacji neuronów, używają światła do rejestrowania ich aktywności.

Opsins może być sposobem na leczenie wszelkiego rodzaju chorób, ale naukowcy prawdopodobnie będą musieli opracować urządzenia bioelektroniczne, które ich nie wykorzystują. Wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych wirusów stanie się nie do zaakceptowania przez władze i społeczeństwo. Ponadto metoda opsyny opiera się na terapii genowej, która nie odniosła jeszcze przekonującego sukcesu w badaniach klinicznych, jest bardzo kosztowna i wydaje się nieść ze sobą poważne zagrożenia dla zdrowia.

Cohen wymienia dwie alternatywy. Jedna z nich związana jest z cząsteczkami, które zachowują się jak opsyny. Drugi wykorzystuje RNA do przekształcenia w białko podobne do opsyny, ponieważ nie zmienia DNA, więc nie ma ryzyka terapii genowej. Jednak główny problem zapewnienie światła w okolicy. Istnieją projekty implantów mózgowych z wbudowanym laserem, ale na przykład Cohen uważa za bardziej odpowiednie zastosowanie zewnętrznych źródeł światła.

W dłuższej perspektywie bioelektronika (5) obiecuje kompleksowe rozwiązanie wszystkich problemów zdrowotnych, z jakimi boryka się ludzkość. W tej chwili jest to bardzo eksperymentalny obszar.

Jest jednak niezaprzeczalnie bardzo ciekawa.