Lovituri bine țintite în boală

Căutăm un tratament eficient și un vaccin pentru coronavirus și infecția acestuia. În prezent, nu avem medicamente cu eficacitate dovedită. Cu toate acestea, există o altă modalitate de a lupta împotriva bolilor, mai mult legată de lumea tehnologiei decât de biologie și medicină...

În 1998, adică într-un moment în care un explorator american, Kevin Tracy (1), și-a efectuat experimentele pe șobolani, nu a fost observată nicio legătură între nervul vag și sistemul imunitar din organism. O astfel de combinație a fost considerată aproape imposibilă.

Dar Tracy era sigură de existență. A conectat un stimulator de impuls electric de mână la nervul animalului și l-a tratat cu „împușcături” repetate. Apoi i-a dat șobolanului TNF (factorul de necroză tumorală), o proteină asociată cu inflamația atât la animale, cât și la oameni. Animalul trebuia să devină inflamat acut într-o oră, dar la examinare s-a constatat că TNF a fost blocat cu 75%.

S-a dovedit că sistemul nervos a acționat ca un terminal de computer, cu ajutorul căruia fie preveniți infecția înainte de a începe, fie opriți dezvoltarea acesteia.

Impulsurile electrice programate corect care afectează sistemul nervos pot înlocui efectele medicamentelor scumpe care nu sunt indiferente pentru sănătatea pacientului.

Telecomanda pentru caroserie

Această descoperire a deschis o nouă filială numită bioelectronica, care caută din ce în ce mai multe soluții tehnice miniaturale pentru stimularea organismului pentru a evoca răspunsuri atent planificate. Tehnica este încă la început. În plus, există preocupări serioase cu privire la siguranța circuitelor electronice. Cu toate acestea, în comparație cu produsele farmaceutice, are avantaje uriașe.

În mai 2014, Tracy a spus asta pentru New York Times tehnologiile bioelectronice pot înlocui cu succes industria farmaceutică și a repetat-o ​​des în ultimii ani.

Compania pe care a fondat-o, SetPoint Medical (2), a aplicat pentru prima dată noua terapie unui grup de doisprezece voluntari din Bosnia și Herțegovina în urmă cu doi ani. Mici stimulatori ai nervilor vagi care emit semnale electrice au fost implantați în gât. La opt persoane, testul a avut succes - durerea acută a scăzut, nivelul proteinelor proinflamatorii a revenit la normal și, cel mai important, noua metodă nu a provocat efecte secundare grave. A redus nivelul de TNF cu aproximativ 80%, fără a-l elimina complet, așa cum este cazul farmacoterapiei.

2. Cip bioelectronic SetPoint Medical

După ani de cercetări de laborator, în 2011, SetPoint Medical, în care a investit compania farmaceutică GlaxoSmithKline, a început testele clinice cu implanturi care stimulează nervii pentru a lupta împotriva bolilor. Două treimi dintre pacienții din studiu care aveau implanturi mai lungi de 19 cm în gât conectate la nervul vag au experimentat îmbunătățiri, dureri și umflături reduse. Oamenii de știință spun că acesta este doar începutul și au planuri de a le trata prin stimularea electrică a altor boli precum astmul, diabetul, epilepsia, infertilitatea, obezitatea și chiar cancerul. Desigur, și infecții precum COVID-XNUMX.

Ca concept, bioelectronica este simplă. Pe scurt, transmite semnale către sistemul nervos care îi spun organismului să-și revină.

Cu toate acestea, ca întotdeauna, problema constă în detalii, cum ar fi interpretarea corectă și traducerea limbajului electric al sistemului nervos. Securitatea este o altă problemă. La urma urmei, vorbim despre dispozitive electronice conectate wireless la o rețea (3), ceea ce înseamnă -.

În timp ce vorbește Anand Ragunatan, profesor de inginerie electrică și informatică la Universitatea Purdue, bioelectronica „îmi oferă control de la distanță asupra corpului cuiva”. Acesta este, de asemenea, un test serios. miniaturizare, inclusiv metode de conectare eficientă la rețele de neuroni care ar permite obținerea unor cantități adecvate de date.

Sursa 3Implanturi de creier care comunică wireless

Bioelectronica nu trebuie confundată cu biocibernetica (adică cibernetica biologică), nici cu bionica (care a apărut din biocibernetică). Acestea sunt discipline științifice separate. Numitorul lor comun este referirea la cunoștințele biologice și tehnice.

Controversa despre virușii buni activați optic

Astăzi, oamenii de știință creează implanturi care pot comunica direct cu sistemul nervos, în încercarea de a combate diverse probleme de sănătate, de la cancer la răceala comună.

Dacă cercetătorii ar avea succes și bioelectronica s-ar răspândi, milioane de oameni ar putea într-o zi să meargă cu computere conectate la sistemele lor nervoase.

Pe tărâmul viselor, dar nu în totalitate nerealiste, există, de exemplu, sisteme de avertizare timpurie care, folosind semnale electrice, detectează instantaneu „vizita” unui astfel de coronavirus în organism și direcționează armele (farmacologice sau chiar nanoelectronice) asupra acestuia. . agresor până când atacă întregul sistem.

Cercetătorii se străduiesc să găsească o metodă care să înțeleagă semnalele de la sute de mii de neuroni în același timp. Înregistrare precisă și analiză esențială pentru bioelectronicăastfel încât oamenii de știință să poată identifica inconsecvențele dintre semnalele neuronale de bază la oamenii sănătoși și semnalele produse de o persoană cu o anumită boală.

Abordarea tradițională a înregistrării semnalelor neuronale este de a folosi sonde minuscule cu electrozi în interior, numite. Un cercetător în cancerul de prostată, de exemplu, poate atașa cleme la un nerv asociat cu prostata la un șoarece sănătos și poate înregistra activitatea. Același lucru s-ar putea face cu o creatură a cărei prostată a fost modificată genetic pentru a produce tumori maligne. Compararea datelor brute ale ambelor metode va determina cât de diferite sunt semnalele nervoase la șoarecii cu cancer. Pe baza unor astfel de date, un semnal corector ar putea fi, la rândul său, programat într-un dispozitiv bioelectronic pentru tratamentul cancerului.

Dar au dezavantaje. Ei pot selecta doar o celulă la un moment dat, așa că nu colectează suficiente date pentru a vedea imaginea de ansamblu. În timp ce vorbește Adam E. Cohen, profesor de chimie și fizică la Harvard, „este ca și cum ai încerca să vezi opera printr-un pai”.

Cohen, un expert într-un domeniu în creștere numit optogenetica, consideră că poate depăși limitările patch-urilor externe. Cercetările sale încearcă să folosească optogenetica pentru a descifra limbajul neuronal al bolii. Problema este că activitatea neuronală nu vine de la vocile neuronilor individuali, ci de la o întreagă orchestră a acestora care acționează unul în raport cu celălalt. Vizionarea una câte una nu vă oferă o viziune holistică.

Optogenetica a început în anii '90, când oamenii de știință au știut că proteinele numite opsine din bacterii și alge generează electricitate atunci când sunt expuse la lumină. Optogenetica folosește acest mecanism.

Genele opsina sunt introduse în ADN-ul unui virus inofensiv, care este apoi injectat în creierul subiectului sau nervul periferic. Schimbând secvența genetică a virusului, cercetătorii vizează neuroni specifici, cum ar fi cei responsabili pentru senzația de frig sau durere, sau zone ale creierului cunoscute a fi responsabile pentru anumite acțiuni sau comportamente.

Apoi, prin piele sau craniu este introdusă o fibră optică, care transmite lumină de la vârful său până la locul unde este localizat virusul. Lumina din fibra optică activează opsina, care, la rândul său, conduce o sarcină electrică care face ca neuronul să se „lumineze” (4). Astfel, oamenii de știință pot controla reacțiile corpului șoarecilor, provocând somn și agresiune la comandă.

4. Neuron controlat de lumină

Dar înainte de a folosi opsinele și optogenetica pentru a activa neuronii implicați în anumite boli, oamenii de știință trebuie să determine nu numai care neuroni sunt responsabili de boală, ci și modul în care boala interacționează cu sistemul nervos.

La fel ca computerele, neuronii vorbesc limbaj binar, cu un dicționar bazat pe semnalul activat sau oprit. Ordinea, intervalele de timp și intensitatea acestor schimbări determină modul în care este transmisă informația. Cu toate acestea, dacă se poate considera că o boală își vorbește propria limbă, este nevoie de un interpret.

Cohen și colegii săi au simțit că optogenetica ar putea face față. Așa că au dezvoltat procesul invers - în loc să folosească lumina pentru a activa neuronii, ei folosesc lumina pentru a-și înregistra activitatea.

Opsinurile ar putea fi o modalitate de a trata tot felul de boli, dar oamenii de știință vor trebui probabil să dezvolte dispozitive bioelectronice care să nu le folosească. Utilizarea virusurilor modificate genetic va deveni inacceptabilă pentru autorități și societate. În plus, metoda opsinului se bazează pe terapia genică, care nu a obținut încă un succes convingător în studiile clinice, este foarte costisitoare și pare să prezinte riscuri grave pentru sănătate.

Cohen menționează două alternative. Una dintre ele este asociată cu molecule care se comportă ca opsine. Al doilea folosește ARN-ul pentru a fi convertit într-o proteină asemănătoare opsinei, deoarece nu schimbă ADN-ul, deci nu există riscuri de terapie genetică. Totuși, principala problemă oferind lumină în zonă. Există modele de implanturi cerebrale cu laser integrat, dar Cohen, de exemplu, consideră că este mai potrivit să folosească surse de lumină externe.

Pe termen lung, bioelectronica (5) promite o soluție cuprinzătoare la toate problemele de sănătate cu care se confruntă omenirea. Acesta este un domeniu foarte experimental în acest moment.

Cu toate acestea, este fără îndoială foarte interesant.