Добре насочени изстрели при болест

Търсим ефективно лекарство и ваксина срещу коронавируса и неговата инфекция. В момента нямаме лекарства с доказана ефикасност. Има обаче друг начин за борба с болестите, по-скоро свързан със света на технологиите, отколкото с биологията и медицината...

През 1998 г., т.е. във време, когато американски изследовател, Кевин Трейси (1), провел експериментите си върху плъхове, не се наблюдава връзка между блуждаещия нерв и имунната система в тялото. Такава комбинация се смяташе за почти невъзможна.

Но Трейси беше сигурна в съществуването. Той свърза ръчен стимулатор на електрически импулси към нерва на животното и го третира с многократни "изстрели". След това той даде на плъх TNF (тумор некрозис фактор), протеин, свързан с възпаление както при животни, така и при хора. Животното трябваше да се възпали остро в рамките на един час, но при преглед се установи, че TNF е блокиран със 75%.

Оказа се, че нервната система действа като компютърен терминал, с който можете или да предотвратите инфекцията, преди да е започнала, или да спрете нейното развитие.

Правилно програмираните електрически импулси, които засягат нервната система, могат да заменят ефектите на скъпи лекарства, които не са безразлични към здравето на пациента.

Дистанционно управление за тяло

Това откритие отвори нов клон, наречен биоелектроника, която търси все повече миниатюрни технически решения за стимулиране на тялото, за да предизвика внимателно планирани отговори. Техниката все още е в начален стадий. Освен това има сериозни опасения относно безопасността на електронните схеми. Въпреки това, в сравнение с фармацевтичните продукти, той има огромни предимства.

През май 2014 г. Трейси каза това пред New York Times биоелектронните технологии могат успешно да заменят фармацевтичната индустрия и го повтаряше често през последните години.

Основаната от него компания SetPoint Medical (2) за първи път приложи новата терапия на група от дванадесет доброволци от Босна и Херцеговина преди две години. В вратовете им са имплантирани малки стимулатори на блуждаещи нерви, които излъчват електрически сигнали. При осем души тестът е успешен - острата болка отшумява, нивото на провъзпалителните протеини се нормализира и най-важното е, че новият метод не предизвиква сериозни странични ефекти. Той намалява нивото на TNF с около 80%, без да го елиминира напълно, както е при фармакотерапията.

2. Биоелектронен чип SetPoint Medical

След години на лабораторни изследвания, през 2011 г. SetPoint Medical, инвестирана от фармацевтичната компания GlaxoSmithKline, започна клинични изпитания на нервно-стимулиращи импланти за борба с болестите. Две трети от пациентите в проучването, които са имали импланти по-дълги от 19 см във врата, свързани с блуждаещия нерв, са имали подобрение, намалена болка и подуване. Учените казват, че това е само началото и имат планове да ги лекуват чрез електрическа стимулация на други заболявания като астма, диабет, епилепсия, безплодие, затлъстяване и дори рак. Разбира се, също и инфекции като COVID-XNUMX.

Като концепция биоелектрониката е проста. Накратко, той предава сигнали на нервната система, които казват на тялото да се възстанови.

Въпреки това, както винаги, проблемът се крие в детайлите, като правилното тълкуване и превод на електрическия език на нервната система. Сигурността е друг проблем. Все пак говорим за електронни устройства, свързани безжично към мрежа (3), което означава -.

Докато говори Ананд Рагунатан, професор по електротехника и компютърно инженерство в университета Пърдю, биоелектрониката „ми дава дистанционно управление на нечие тяло“. Това също е сериозно изпитание. миниатюризация, включително методи за ефективно свързване към мрежи от неврони, които биха позволили получаване на подходящи количества данни.

Източник 3мозъчни импланти, които комуникират безжично

Биоелектрониката не трябва да се бърка с биокибернетика (тоест биологична кибернетика), нито с биониката (която е възникнала от биокибернетиката). Това са отделни научни дисциплини. Техният общ знаменател е препратката към биологични и технически знания.

Спор за добрите оптически активирани вируси

Днес учените създават импланти, които могат да комуникират директно с нервната система в опит да се борят с различни здравословни проблеми, от рак до обикновена настинка.

Ако изследователите успеят и биоелектрониката стане широко разпространена, милиони хора един ден биха могли да ходят с компютри, свързани с тяхната нервна система.

В сферата на мечтите, но не съвсем нереалистични, има например системи за ранно предупреждение, които с помощта на електрически сигнали моментално откриват „посещението“ на такъв коронавирус в тялото и насочват оръжия (фармакологични или дори наноелектронни) към него . агресор, докато не атакува цялата система.

Изследователите се борят да намерят метод, който да разбира сигнали от стотици хиляди неврони едновременно. Точна регистрация и анализ са от съществено значение за биоелектроникататака че учените да могат да идентифицират несъответствия между основните невронни сигнали при здрави хора и сигналите, произведени от човек с определено заболяване.

Традиционният подход за записване на невронни сигнали е да се използват малки сонди с електроди вътре, наречени. Изследовател на рак на простатата, например, може да прикрепи скоби към нерв, свързан с простатата в здрава мишка и да запише активността. Същото може да се направи и със същество, чиято простата е била генетично модифицирана, за да произвежда злокачествени тумори. Сравняването на необработените данни на двата метода ще определи колко различни са нервните сигнали при мишки с рак. Въз основа на такива данни, коригиращ сигнал може от своя страна да бъде програмиран в биоелектронно устройство за лечение на рак.

Но те имат недостатъци. Те могат да избират само една клетка в даден момент, така че не събират достатъчно данни, за да видят голямата картина. Докато говори Адам Е. Коен, професор по химия и физика в Харвард, "това е като да се опитваш да видиш операта през сламка."

Коен, експерт в разрастваща се област, наречен оптогенетика, вярва, че може да преодолее ограниченията на външните пачове. Неговите изследвания се опитват да използват оптогенетиката за дешифриране на невронния език на болестта. Проблемът е, че невронната активност не идва от гласовете на отделни неврони, а от цял ​​оркестър от тях, действащи един спрямо друг. Преглеждането едно по едно не ви дава цялостен поглед.

Оптогенетиката започва през 90-те години, когато учените знаеха, че протеините, наречени опсини в бактериите и водораслите, генерират електричество, когато са изложени на светлина. Оптогенетиката използва този механизъм.

Опсиновите гени се вмъкват в ДНК на безвреден вирус, който след това се инжектира в мозъка или периферния нерв на субекта. Чрез промяна на генетичната последователност на вируса, изследователите се насочват към специфични неврони, като тези, отговорни за усещането за студ или болка, или области на мозъка, за които е известно, че са отговорни за определени действия или поведение.

След това през кожата или черепа се вкарва оптично влакно, което предава светлина от върха си до мястото, където се намира вирусът. Светлината от оптичното влакно активира опсина, който от своя страна провежда електрически заряд, който кара неврона да „светне“ (4). Така учените могат да контролират реакциите на тялото на мишките, предизвиквайки сън и агресия по команда.

4. Неврон, контролиран от светлина

Но преди да използват опсините и оптогенетиката за активиране на неврони, участващи в определени заболявания, учените трябва да определят не само кои неврони са отговорни за заболяването, но и как болестта взаимодейства с нервната система.

Подобно на компютрите, невроните говорят бинарен език, с речник въз основа на това дали сигналът им е включен или изключен. Редът, времевите интервали и интензивността на тези промени определят начина, по който се предава информацията. Въпреки това, ако може да се счита, че болестта говори на собствения си език, е необходим преводач.

Коен и колегите му смятат, че оптогенетиката може да се справи. Така че те разработиха процеса в обратен ред – вместо да използват светлина за активиране на неврони, те използват светлина, за да записват своята активност.

Opsins може да бъде начин за лечение на всякакви заболявания, но учените вероятно ще трябва да разработят биоелектронни устройства, които не ги използват. Използването на генетично модифицирани вируси ще стане неприемливо за властите и обществото. Освен това, методът на опсин се основава на генна терапия, която все още не е постигнала убедителен успех в клиничните изпитвания, е много скъпа и изглежда крие сериозни рискове за здравето.

Коен споменава две алтернативи. Един от тях е свързан с молекули, които се държат като опсини. Вторият използва РНК, за да бъде превърната в опсин-подобен протеин, защото не променя ДНК, така че няма рискове от генната терапия. И все пак основният проблем осигуряване на светлина в района. Има проекти на мозъчни импланти с интегриран лазер, но Коен, например, смята за по-подходящо да се използват външни източници на светлина.

В дългосрочен план биоелектрониката (5) обещава цялостно решение на всички здравословни проблеми, пред които е изправено човечеството. Това е много експериментална област в момента.

Въпреки това, безспорно е много интересно.