Velrettede skudd i sykdom

Vi ser etter en effektiv kur og vaksine mot koronaviruset og dets infeksjon. For øyeblikket har vi ikke legemidler med dokumentert effekt. Imidlertid er det en annen måte å bekjempe sykdommer, mer relatert til teknologiens verden enn biologi og medisin ...

I 1998, dvs. på et tidspunkt da en amerikansk oppdagelsesreisende, Kevin Tracy (1), utførte sine eksperimenter på rotter, ble det ikke sett noen sammenheng mellom vagusnerven og immunsystemet i kroppen. En slik kombinasjon ble ansett som nesten umulig.

Men Tracy var sikker på eksistensen. Han koblet en håndholdt elektrisk impulsstimulator til dyrets nerve og behandlet den med gjentatte «skudd». Deretter ga han rotten TNF (tumor necrosis factor), et protein assosiert med betennelse hos både dyr og mennesker. Dyret skulle bli akutt betent innen en time, men ved undersøkelse fant man at TNF var blokkert med 75 %.

Det viste seg at nervesystemet fungerte som en dataterminal, som du enten kan forhindre infeksjon med før den begynner, eller stoppe utviklingen.

Riktig programmerte elektriske impulser som påvirker nervesystemet kan erstatte effekten av dyre legemidler som ikke er likegyldige til pasientens helse.

Kroppsfjernkontroll

Denne oppdagelsen åpnet en ny filial kalt bioelektronikk, som leter etter stadig flere tekniske miniatyrløsninger for å stimulere kroppen for å fremkalle nøye planlagte responser. Teknikken er fortsatt i sin spede begynnelse. I tillegg er det alvorlige bekymringer for sikkerheten til elektroniske kretser. Sammenlignet med legemidler har det imidlertid store fordeler.

I mai 2014 fortalte Tracy det til New York Times bioelektroniske teknologier kan med hell erstatte den farmasøytiske industrien og gjentok det ofte de siste årene.

Selskapet han grunnla, SetPoint Medical (2), brukte først den nye terapien til en gruppe på tolv frivillige fra Bosnia-Hercegovina for to år siden. Små vagusnervestimulatorer som sender ut elektriske signaler har blitt implantert i nakken deres. Hos åtte personer var testen vellykket - akutt smerte avtok, nivået av pro-inflammatoriske proteiner ble normalisert, og viktigst av alt, den nye metoden ga ikke alvorlige bivirkninger. Det reduserte nivået av TNF med ca. 80 %, uten å eliminere det fullstendig, slik tilfellet er med farmakoterapi.

2. Bioelektronisk brikke SetPoint Medical

Etter år med laboratorieundersøkelser, i 2011, begynte SetPoint Medical, investert i av farmasøytisk firma GlaxoSmithKline, kliniske utprøvinger av nervestimulerende implantater for å bekjempe sykdom. To tredjedeler av pasientene i studien som hadde implantater lengre enn 19 cm i nakken knyttet til vagusnerven opplevde bedring, redusert smerte og hevelse. Forskere sier at dette bare er begynnelsen, og de har planer om å behandle dem ved å elektrisk stimulere andre sykdommer som astma, diabetes, epilepsi, infertilitet, fedme og til og med kreft. Selvfølgelig også infeksjoner som COVID-XNUMX.

Som konsept er bioelektronikk enkelt. Kort sagt, det overfører signaler til nervesystemet som forteller kroppen å komme seg.

Men som alltid ligger problemet i detaljene, som riktig tolkning og oversettelse av det elektriske språket i nervesystemet. Sikkerhet er et annet problem. Tross alt snakker vi om elektroniske enheter koblet trådløst til et nettverk (3), som betyr -.

Mens han snakker Anand Ragunatan, professor i elektro- og datateknikk ved Purdue University, bioelektronikk "gir meg fjernkontroll over noens kropp." Dette er også en seriøs test. miniatyrisering, inkludert metoder for effektiv tilkobling til nettverk av nevroner som gjør det mulig å skaffe passende mengder data.

Kilde 3Brain-implantater som kommuniserer trådløst

Bioelektronikk må ikke forveksles med biocybernetics (det vil si biologisk kybernetikk), og heller ikke med bionikk (som oppsto fra biokybernetikk). Dette er separate vitenskapelige disipliner. Fellesnevneren deres er referansen til biologisk og teknisk kunnskap.

Kontrovers om gode optisk aktiverte virus

I dag lager forskere implantater som kan kommunisere direkte med nervesystemet i et forsøk på å bekjempe ulike helseproblemer, fra kreft til forkjølelse.

Hvis forskere hadde suksess og bioelektronikk ble utbredt, kunne millioner av mennesker en dag kunne gå med datamaskiner koblet til nervesystemet.

I drømmenes rike, men ikke helt urealistisk, er det for eksempel tidlige varslingssystemer som ved hjelp av elektriske signaler umiddelbart oppdager "besøket" av et slikt koronavirus i kroppen og retter våpen (farmakologisk eller til og med nanoelektronisk) mot det . aggressor til den angriper hele systemet.

Forskere sliter med å finne en metode som vil forstå signaler fra hundretusenvis av nevroner samtidig. Nøyaktig registrering og analyse avgjørende for bioelektronikkslik at forskere kan identifisere inkonsekvenser mellom grunnleggende nevrale signaler hos friske mennesker og signaler produsert av en person med en bestemt sykdom.

Den tradisjonelle tilnærmingen til å registrere nevrale signaler er å bruke bittesmå prober med elektroder inni, kalt. En prostatakreftforsker kan for eksempel feste klemmer til en nerve knyttet til prostata hos en frisk mus og registrere aktiviteten. Det samme kan gjøres med en skapning hvis prostata har blitt genmodifisert for å produsere ondartede svulster. Sammenligning av rådataene til begge metodene vil tillate oss å bestemme hvor forskjellige nervesignalene er hos mus med kreft. Basert på slike data kan et korrigerende signal i sin tur programmeres inn i en bioelektronisk enhet for kreftbehandling.

Men de har ulemper. De kan bare velge én celle om gangen, så de samler ikke inn nok data til å se helheten. Mens han snakker Adam E. Cohen, professor i kjemi og fysikk ved Harvard, "det er som å prøve å se opera gjennom et sugerør."

Cohen, en ekspert på et voksende felt kalt optogenetikk, mener det kan overvinne begrensningene til eksterne patcher. Forskningen hans forsøker å bruke optogenetikk til å tyde sykdommens nevrale språk. Problemet er at nevral aktivitet ikke kommer fra stemmene til individuelle nevroner, men fra et helt orkester av dem som opptrer i forhold til hverandre. Å se en etter en gir deg ikke et helhetlig syn.

Optogenetikk begynte på 90-tallet da forskerne visste at proteiner kalt opsiner i bakterier og alger genererer elektrisitet når de ble utsatt for lys. Optogenetikk bruker denne mekanismen.

Opsin-genene settes inn i DNA-et til et ufarlig virus, som deretter injiseres i forsøkspersonens hjerne eller perifere nerve. Ved å endre den genetiske sekvensen til viruset, retter forskerne seg mot spesifikke nevroner, for eksempel de som er ansvarlige for å føle kulde eller smerte, eller områder av hjernen som er kjent for å være ansvarlige for visse handlinger eller atferd.

Deretter settes en optisk fiber inn gjennom huden eller hodeskallen, som overfører lys fra spissen til stedet hvor viruset befinner seg. Lyset fra den optiske fiberen aktiverer opsinet, som igjen leder en elektrisk ladning som får nevronet til å «lyse opp» (4). Dermed kan forskere kontrollere reaksjonene til musekroppen, og forårsake søvn og aggresjon på kommando.

4. Nevron styrt av lys

Men før de bruker opsiner og optogenetikk for å aktivere nevroner involvert i visse sykdommer, må forskere finne ut ikke bare hvilke nevroner som er ansvarlige for sykdommen, men også hvordan sykdommen samhandler med nervesystemet.

Som datamaskiner snakker nevroner binært språk, med en ordbok basert på om signalet deres er på eller av. Rekkefølgen, tidsintervallene og intensiteten til disse endringene bestemmer måten informasjon overføres på. Men hvis en sykdom kan anses å snakke sitt eget språk, er det nødvendig med tolk.

Cohen og hans kolleger følte at optogenetikk kunne håndtere det. Så de utviklet prosessen i revers – i stedet for å bruke lys for å aktivere nevroner, bruker de lys til å registrere aktiviteten sin.

Opsins kan være en måte å behandle alle slags sykdommer på, men forskere vil sannsynligvis trenge å utvikle bioelektroniske enheter som ikke bruker dem. Bruk av genmodifiserte virus vil bli uakseptabelt for myndighetene og samfunnet. I tillegg er opsin-metoden basert på genterapi, som ennå ikke har oppnådd overbevisende suksess i kliniske studier, er svært kostbar og ser ut til å medføre alvorlig helserisiko.

Cohen nevner to alternativer. En av dem er assosiert med molekyler som oppfører seg som opsins. Den andre bruker RNA for å bli omdannet til et opsin-lignende protein fordi det ikke endrer DNA, så det er ingen risiko for genterapi. Likevel hovedproblemet gir lys i området. Det finnes design av hjerneimplantater med integrert laser, men Cohen, for eksempel, anser det som mer hensiktsmessig å bruke eksterne lyskilder.

På lang sikt lover bioelektronikk (5) en omfattende løsning på alle helseproblemer menneskeheten står overfor. Dette er et veldig eksperimentelt område for øyeblikket.

Imidlertid er det unektelig veldig interessant.