Влучні постріли у хвороби

Ми шукаємо ефективні ліки та вакцину від коронавірусу та його зараження. На даний момент у нас немає препаратів із доведеною ефективністю. Проте є й інший спосіб боротьби з хворобами, пов'язаний зі світом технологій, ніж з біологією та медициною.

У 1998 р., тобто. у той час, коли американський дослідник, Кевін Трейсі (1), проводив свої експерименти на щурах, не було помічено жодного зв'язку між блукаючим нервом та імунною системою в організмі. Таке поєднання вважалося практично неможливим.

Але Трейсі була впевнена у існуванні. Він підключив ручний стимулятор електричних імпульсів до нерва тварини та обробив його повторними уколами. Потім він дав щуру TNF (фактор некрозу пухлини), білок, пов'язаний із запаленням, як у тварин, так і у людей. Тварина мала стати гостро запаленою протягом години, але при огляді було виявлено, що ФНП заблокований на 75%.

Виявилося, що нервова система виступала в ролі комп'ютерного терміналу, за допомогою якого можна або запобігти зараженню ще до того, як воно почнеться, або зупинити його розвиток.

Правильно запрограмовані електричні імпульси, що впливають нервову систему, можуть замінити вплив дорогих ліків, небайдужих здоров'ю пацієнта.

Дистанційне керування тілом

Це відкриття відкрило нову гілку під назвою біоелектроніка, Що шукає все більше і більше мініатюрні технічні рішення для стимуляції тіла, щоб викликати ретельно сплановані реакції. Техніка все ще перебуває у зародковому стані. Крім того, існують серйозні побоювання щодо безпеки електронних схем. Проте, порівняно з фармацевтичними препаратами, він має величезні переваги.

У травні 2014 року Трейсі повідомила New York Times, що біоелектронні технології можуть успішно замінити фармацевтичну промисловість і часто повторював це останніми роками.

Заснована ним компанія SetPoint Medical (2) вперше застосувала нову терапію у групі з дванадцяти добровольців із Боснії та Герцеговини два роки тому. У їхню шию імплантували крихітні стимулятори блукаючого нерва, що випромінюють електричні сигнали. У восьми людей випробування пройшло успішно - вщухли гострі болі, нормалізувався рівень прозапальних білків, і, найголовніше, новий метод не викликав серйозних побічних ефектів. Він знижував рівень ФНП приблизно на 80%, не усуваючи його повністю, як у випадку з фармакотерапією.

2. Біоелектронний чіп SetPoint Medical

Після багатьох років лабораторних досліджень у 2011 році компанія SetPoint Medical, в яку інвестувала фармацевтична компанія GlaxoSmithKline, розпочала клінічні випробування імплантатів, що стимулюють нерви для боротьби з хворобами. У двох третин пацієнтів у дослідженні, які мали імплантати довжиною понад 19 см у шиї, з'єднані з блукаючим нервом, спостерігалося поліпшення, зменшення болю та набряку. Вчені кажуть, що це тільки початок, і вони мають плани лікувати їх шляхом електричної стимуляції інших захворювань, таких як астма, діабет, епілепсія, безпліддя, ожиріння і навіть рак. Звичайно, такі інфекції, як COVID-XNUMX.

Як концепція, біоелектроніка проста. Коротше кажучи, він передає сигнали нервовій системі, які наказують тілу відновитись.

Однак, як завжди, проблема полягає в деталях, наприклад, у правильній інтерпретації та переклад електричної мови нервової системи. Безпека – ще одна проблема. Адже йдеться про електронні пристрої, з'єднані бездротовим способом у мережу (3), а значить – .

Як він каже Ананд Рагхунатан, професор електротехніки та обчислювальної техніки Університету Пердью, біоелектроніка «дає мені дистанційне керування чиїмось тілом». Це теж серйозне випробування мініатюризація, включаючи методи ефективного з'єднання з мережами нейронів, які б дозволили отримати відповідні обсяги даних.

3. Мозкові імплантати, які спілкуються через бездротову мережу

Біоелектроніку не слід плутати з біокібернетика (тобто біологічної кібернетики), ні з біонікою (яка виникла з біокібернетики). Це окремі наукові дисципліни. Їхнім спільним знаменником є ​​посилання на біологічні та технічні знання.

Спори про хороші оптично активовані віруси

Сьогодні вчені створюють імплантати, які можуть безпосередньо зв'язуватися з нервовою системою, намагаючись боротися з різними проблемами зі здоров'ям від раку до звичайної застуди.

Якби дослідники досягли успіху і біоелектроніка набула широкого поширення, мільйони людей одного разу змогли б ходити з комп'ютерами, підключеними до їхньої нервової системи.

У сфері мрій, але не зовсім нереалістичних, є, наприклад, системи раннього попередження, які за допомогою електричних сигналів моментально виявляють «відвідування» такого коронавірусу в організмі та спрямовують на нього зброю (фармакологічну або навіть наноелектронну). агресор, доки не атакує всю систему.

Дослідники щосили намагаються знайти метод, який розумітиме сигнали від сотень тисяч нейронів одночасно. Точна реєстрація та аналіз необхідні для біоелектронікищоб вчені могли виявити невідповідності між основними нейронними сигналами у здорових людей та сигналами, що виробляються людиною з певним захворюванням.

Традиційний підхід до реєстрації нейронних сигналів полягає у використанні крихітних зондів з електродами всередині, які називаються. Дослідник раку передміхурової залози, наприклад, може прикріпити затискачі до нерва, пов'язаного з передміхурової залози, у здорової миші та записати активність. Те саме можна було б зробити з істотою, чия простата була генетично модифікована для злоякісних пухлин. Порівняння вихідних даних обох методів дозволить визначити, наскільки розрізняються нервові сигнали мишей з раком. На основі таких даних можна було б у свою чергу запрограмувати коригуючий сигнал біоелектронний пристрій для лікування раку.

Але вони мають недоліки. Вони можуть вибирати тільки один осередок за раз, тому вони не збирають достатньо даних, щоб побачити загальну картину. Як він каже Адам Е. Коен, професор хімії та фізики в Гарварді, «це все одно, що намагатися побачити оперу через соломинку».

Коен, експерт у області, що розвивається під назвою оптогенетикавважає, що може подолати обмеження зовнішніх виправлень Його дослідження намагається використати оптогенетику для розшифровки нейронної мови хвороби. Проблема в тому, що нейронна активність виходить не від голосів окремих нейронів, а від цілого оркестру, що їх діють по відношенню один до одного. Перегляд по одному не дає вам цілісного уявлення.

Оптогенетика почалася у 90-х роках, коли вчені знали, що білки, звані опсинами, у бактеріях та водоростях генерують електрику за впливом світла. Оптогенетика використовує цей механізм.

Гени опсинів вбудовуються в ДНК нешкідливого вірусу, який потім вводиться в мозок або периферичний нерв випробуваного. Змінюючи генетичну послідовність вірусу, дослідники націлені на певні нейрони, наприклад, ті, які відповідають за почуття холоду або болю, або області мозку, які, як відомо, відповідають за певні дії чи поведінку.

Потім через шкіру або череп вводять оптичне волокно, яке від свого кінчика пропускає світло – до того місця, де знаходиться вірус. Світло оптичного волокна активує опсин, який, своєю чергою, проводить електричний заряд, що змушує нейрон «загорятися» (4). Таким чином, вчені можуть керувати реакціями організму мишей, викликаючи сон та агресію за командою.

4. Нейрон, керований світлом

Але перш ніж використовувати опсини та оптогенетику для активації нейронів, що беруть участь у певних захворюваннях, фахівцям необхідно визначити не лише, які нейрони відповідальні за хворобу, а й те, як хвороба взаємодіє з нервовою системою.

Як і комп'ютери, нейрони кажуть бінарна мова, зі словником, заснованим на тому, увімкнено або вимкнено їх сигнал. Порядок, часові інтервали та інтенсивність цих змін визначають спосіб передачі. Однак, якщо можна вважати, що якесь захворювання говорить своєю мовою, перекладач необхідний.

Коен та його колеги відчували, що оптогенетика впорається із цим. Тому вони розробили процес у зворотному порядку - замість того, щоб використовувати світло для активації нейронів, вони використовують світло для запису їхньої активності.

Опсини можуть бути способом лікування всіх видів хвороб, але вченим, швидше за все, потрібно розробити біоелектронні пристрої, які їх не використовуватимуть. Використання генетично модифікованих вірусів стане неприйнятним для влади та суспільства. Крім того, метод опсину заснований на генній терапії, яка ще не досягла переконливих успіхів у клінічних випробуваннях, є дуже дорогою і, мабуть, пов'язана з серйозними ризиками для здоров'я.

Коен згадує дві альтернативи. Один із них пов'язаний з молекулами, які поводяться як опсини. Другий використовує РНК для перетворення на опсин-подібний білок, оскільки він не змінює ДНК, тому немає ризиків генної терапії. І все ж таки основна проблема забезпечення світла на ділянці. Існують конструкції мозкових імплантатів з вбудованим лазером, але Коен, наприклад, вважає за доцільне використання зовнішніх джерел світла.

У довгостроковій перспективі біоелектроніка (5) обіцяє комплексне вирішення всіх проблем із здоров'ям, з якими стикається людство. На даний момент це надзвичайно експериментальна область.

Проте, безперечно, дуже цікаво.