Të shtëna të drejtuara mirë në sëmundje

Ne po kërkojmë një kurë dhe vaksinë efektive për koronavirusin dhe infeksionin e tij. Për momentin nuk kemi barna me efikasitet të provuar. Megjithatë, ekziston një mënyrë tjetër për të luftuar sëmundjet, më shumë e lidhur me botën e teknologjisë sesa biologjinë dhe mjekësinë...

Në vitin 1998, d.m.th. në një kohë kur një eksplorues amerikan, Kevin Trejsi (1), kreu eksperimentet e tij mbi minjtë, nuk u pa asnjë lidhje midis nervit vagus dhe sistemit imunitar në trup. Një kombinim i tillë konsiderohej pothuajse i pamundur.

Por Trejsi ishte e sigurt për ekzistencën. Ai lidhi një stimulues impulsi elektrik të mbajtur me dorë me nervin e kafshës dhe e trajtoi atë me "të shtëna" të përsëritura. Më pas ai i dha miut TNF (faktori i nekrozës së tumorit), një proteinë e lidhur me inflamacion si te kafshët ashtu edhe te njerëzit. Kafsha supozohej të inflamohej në mënyrë akute brenda një ore, por gjatë ekzaminimit u zbulua se TNF ishte bllokuar me 75%.

Doli që sistemi nervor veproi si një terminal kompjuterik, me të cilin ose mund të parandaloni infeksionin përpara se të fillojë, ose të ndaloni zhvillimin e tij.

Impulset elektrike të programuara në mënyrë korrekte që ndikojnë në sistemin nervor mund të zëvendësojnë efektet e barnave të shtrenjta që nuk janë indiferente ndaj shëndetit të pacientit.

Telekomanda e trupit

Ky zbulim hapi një degë të re të quajtur bioelektronikë, e cila po kërkon gjithnjë e më shumë zgjidhje teknike në miniaturë për stimulimin e trupit në mënyrë që të evokojë përgjigje të planifikuara me kujdes. Teknika është ende në fillimet e saj. Përveç kësaj, ka shqetësime serioze për sigurinë e qarqeve elektronike. Megjithatë, në krahasim me farmaceutikët, ajo ka avantazhe të mëdha.

Në maj 2014, Trejsi i tha New York Times këtë teknologjitë bioelektronike mund të zëvendësojnë me sukses industrinë farmaceutike dhe e përsëriti shpesh vitet e fundit.

Kompania që ai themeloi, SetPoint Medical (2), aplikoi për herë të parë terapinë e re për një grup prej dymbëdhjetë vullnetarësh nga Bosnja dhe Hercegovina dy vjet më parë. Stimuluesit e vegjël të nervit vagus që lëshojnë sinjale elektrike janë futur në qafën e tyre. Në tetë persona, testi ishte i suksesshëm - dhimbja akute u qetësua, niveli i proteinave pro-inflamatore u kthye në normale dhe, më e rëndësishmja, metoda e re nuk shkaktoi efekte anësore serioze. E uli nivelin e TNF me rreth 80%, pa e eliminuar plotësisht, siç ndodh me farmakoterapinë.

2. Çipi bioelektronik SetPoint Medical

Pas vitesh kërkimesh laboratorike, në vitin 2011, SetPoint Medical, i investuar nga kompania farmaceutike GlaxoSmithKline, filloi provat klinike të implanteve stimuluese nervore për të luftuar sëmundjet. Dy të tretat e pacientëve në studim, të cilët kishin implante më të gjata se 19 cm në qafë të lidhur me nervin vagus, përjetuan përmirësim, ulje të dhimbjes dhe ënjtje. Shkencëtarët thonë se ky është vetëm fillimi dhe ata kanë plane për t'i trajtuar ato me stimulim elektrik të sëmundjeve të tjera si astma, diabeti, epilepsia, infertiliteti, obeziteti dhe madje edhe kanceri. Sigurisht, edhe infeksione të tilla si COVID-XNUMX.

Si koncept, bioelektronika është e thjeshtë. Me pak fjalë, ai transmeton sinjale në sistemin nervor që i thonë trupit të rikuperohet.

Megjithatë, si gjithmonë, problemi qëndron në detajet, si interpretimi i saktë dhe përkthimi i gjuhës elektrike të sistemit nervor. Siguria është një çështje tjetër. Në fund të fundit, ne po flasim për pajisje elektronike të lidhura me valë në një rrjet (3), që do të thotë -.

Ndërsa ai flet Anand Ragunatan, profesor i inxhinierisë elektrike dhe kompjuterike në Universitetin Purdue, bioelektronika "më jep telekomandë të trupit të dikujt". Ky është gjithashtu një provë serioze. miniaturizimi, duke përfshirë metodat për lidhjen efikase me rrjetet e neuroneve që do të lejonin marrjen e sasive të duhura të të dhënave.

Burimi 3 Implantet e trurit që komunikojnë me valë

Bioelektronika nuk duhet të ngatërrohet me biocibernetika (dmth kibernetika biologjike), as me bionikën (që lindi nga biocibernetika). Këto janë disiplina të veçanta shkencore. Emëruesi i përbashkët i tyre është referenca ndaj njohurive biologjike dhe teknike.

Polemika rreth viruseve të mirë të aktivizuar optikisht

Sot, shkencëtarët po krijojnë implante që mund të komunikojnë drejtpërdrejt me sistemin nervor në një përpjekje për të luftuar probleme të ndryshme shëndetësore, nga kanceri te ftohja e zakonshme.

Nëse studiuesit do të ishin të suksesshëm dhe bioelektronika do të bëhej e përhapur, miliona njerëz një ditë do të mund të ecnin me kompjuterë të lidhur me sistemin e tyre nervor.

Në fushën e ëndrrave, por jo krejtësisht joreale, ka, për shembull, sisteme të paralajmërimit të hershëm që, duke përdorur sinjale elektrike, zbulojnë menjëherë "vizitën" e një koronavirusi të tillë në trup dhe drejtojnë armët (farmakologjike apo edhe nanoelektronike) në të. . agresor derisa të sulmojë të gjithë sistemin.

Studiuesit po përpiqen të gjejnë një metodë që do të kuptojë sinjalet nga qindra mijëra neurone në të njëjtën kohë. Regjistrimi i saktë dhe analiza thelbësore për bioelektronikënnë mënyrë që shkencëtarët të mund të identifikojnë mospërputhjet midis sinjaleve themelore nervore te njerëzit e shëndetshëm dhe sinjaleve të prodhuara nga një person me një sëmundje të caktuar.

Qasja tradicionale për regjistrimin e sinjaleve nervore është përdorimi i sondave të vogla me elektroda brenda, të quajtura. Një studiues i kancerit të prostatës, për shembull, mund të vendosë kapëse në një nerv të lidhur me prostatën në një mi të shëndetshëm dhe të regjistrojë aktivitetin. E njëjta gjë mund të bëhet me një krijesë, prostata e së cilës është modifikuar gjenetikisht për të prodhuar tumore malinje. Krahasimi i të dhënave të papërpunuara të të dyja metodave do të përcaktojë se sa të ndryshëm janë sinjalet nervore te minjtë me kancer. Bazuar në këto të dhëna, një sinjal korrigjues mund të programohet në një pajisje bioelektronike për trajtimin e kancerit.

Por ata kanë disavantazhe. Ata mund të zgjedhin vetëm një qelizë në të njëjtën kohë, kështu që nuk mbledhin të dhëna të mjaftueshme për të parë pamjen e madhe. Ndërsa ai flet Adam E. Cohen, profesor i kimisë dhe fizikës në Harvard, "është si të përpiqesh ta shohësh operën përmes një kashte."

Cohen, një ekspert në një fushë në rritje thirri optogjenetika, beson se mund të kapërcejë kufizimet e arnimeve të jashtme. Hulumtimi i tij përpiqet të përdorë optogjenetikën për të deshifruar gjuhën nervore të sëmundjes. Problemi është se aktiviteti nervor nuk vjen nga zërat e neuroneve individuale, por nga një orkestër e tërë e tyre që veprojnë në raport me njëri-tjetrin. Shikimi një nga një nuk ju jep një pamje holistike.

Optogjenetika filloi në vitet '90 kur shkencëtarët e dinin se proteinat e quajtura opsina te bakteret dhe algat prodhojnë energji elektrike kur ekspozohen ndaj dritës. Optogjenetika e përdor këtë mekanizëm.

Gjenet e opsinit futen në ADN-në e një virusi të padëmshëm, i cili më pas injektohet në trurin e subjektit ose në nervin periferik. Duke ndryshuar sekuencën gjenetike të virusit, studiuesit synojnë neurone specifike, të tilla si ato që janë përgjegjëse për ndjenjën e të ftohtit ose dhimbjes, ose zona të trurit që njihen si përgjegjëse për veprime ose sjellje të caktuara.

Më pas, përmes lëkurës ose kafkës futet një fibër optike, e cila transmeton dritën nga maja e saj në vendin ku ndodhet virusi. Drita nga fibra optike aktivizon opsin, e cila nga ana e saj përcjell një ngarkesë elektrike që shkakton neuronin të "ndizet" (4). Kështu, shkencëtarët mund të kontrollojnë reagimet e trupit të minjve, duke shkaktuar gjumë dhe agresion me komandë.

4. Neuroni i kontrolluar nga drita

Por, përpara se të përdorin opsinat dhe optogjenetikën për të aktivizuar neuronet e përfshira në sëmundje të caktuara, shkencëtarët duhet të përcaktojnë jo vetëm se cilët neurone janë përgjegjës për sëmundjen, por edhe se si sëmundja ndërvepron me sistemin nervor.

Ashtu si kompjuterët, neuronet flasin gjuha binare, me një fjalor të bazuar nëse sinjali i tyre është i ndezur ose jo. Rendi, intervalet kohore dhe intensiteti i këtyre ndryshimeve përcaktojnë mënyrën e transmetimit të informacionit. Megjithatë, nëse një sëmundje mund të konsiderohet se flet gjuhën e vet, nevojitet një përkthyes.

Cohen dhe kolegët e tij mendonin se optogjenetika mund ta trajtonte atë. Kështu ata e zhvilluan procesin në të kundërt - në vend që të përdorin dritën për të aktivizuar neuronet, ata përdorin dritën për të regjistruar aktivitetin e tyre.

Opsins mund të jetë një mënyrë për të trajtuar të gjitha llojet e sëmundjeve, por shkencëtarët ka të ngjarë të kenë nevojë të zhvillojnë pajisje bioelektronike që nuk i përdorin ato. Përdorimi i viruseve të modifikuara gjenetikisht do të bëhet i papranueshëm për autoritetet dhe shoqërinë. Përveç kësaj, metoda opsin bazohet në terapinë gjenetike, e cila ende nuk ka arritur sukses bindës në provat klinike, është shumë e shtrenjtë dhe duket se mbart rreziqe serioze për shëndetin.

Cohen përmend dy alternativa. Njëra prej tyre lidhet me molekula që sillen si opsin. E dyta përdor ARN-në për t'u shndërruar në një proteinë të ngjashme me opsin sepse nuk ndryshon ADN-në, kështu që nuk ka rreziqe nga terapia gjenetike. Megjithatë problemi kryesor duke siguruar dritë në zonë. Ka modele të implanteve të trurit me një lazer të integruar, por Cohen, për shembull, e konsideron më të përshtatshme përdorimin e burimeve të jashtme të dritës.

Në terma afatgjatë, bioelektronika (5) premton një zgjidhje gjithëpërfshirëse për të gjitha problemet shëndetësore me të cilat përballet njerëzimi. Kjo është një zonë shumë eksperimentale për momentin.

Sidoqoftë, është padyshim shumë interesante.