Dobře mířené výstřely v nemoci

Hledáme účinný lék a vakcínu proti koronaviru a jeho infekci. V tuto chvíli nemáme léky s prokázanou účinností. Existuje však i jiný způsob boje s nemocemi, který souvisí více se světem techniky než s biologií a medicínou...

V roce 1998, tzn. v době, kdy americký průzkumník, Kevin Tracy (1), provedl své experimenty na krysách, nebylo pozorováno žádné spojení mezi vagusovým nervem a imunitním systémem v těle. Taková kombinace byla považována za téměř nemožnou.

Ale Tracy si byla jistá existencí. K nervu zvířete připojil ruční stimulátor elektrických impulsů a léčil jej opakovanými „výstřely“. Poté dal potkanovi TNF (tumor necrosis factor), protein spojený se zánětem u zvířat i lidí. Zvíře se mělo do hodiny akutně zanítit, ale vyšetřením bylo zjištěno, že TNF byl blokován ze 75 %.

Ukázalo se, že nervový systém fungoval jako počítačový terminál, pomocí kterého můžete buď zabránit infekci dříve, než začne, nebo zastavit její vývoj.

Správně naprogramované elektrické impulsy ovlivňující nervový systém mohou nahradit účinky drahých léků, kterým není lhostejné zdraví pacienta.

Dálkové ovládání těla

Tento objev otevřel novou pobočku tzv bioelektronika, která hledá stále miniaturnější technická řešení pro stimulaci těla, aby vyvolala pečlivě naplánované odezvy. Technika je zatím v plenkách. Kromě toho existují vážné obavy o bezpečnost elektronických obvodů. Oproti farmacii má však obrovské výhody.

V květnu 2014 to Tracy řekla New York Times bioelektronické technologie mohou úspěšně nahradit farmaceutický průmysl a v posledních letech to často opakoval.

Společnost, kterou založil, SetPoint Medical (2), poprvé aplikovala novou terapii skupině dvanácti dobrovolníků z Bosny a Hercegoviny před dvěma lety. Do krku jim byly implantovány drobné stimulátory vagusového nervu, které vysílají elektrické signály. U osmi lidí byl test úspěšný – akutní bolest ustoupila, hladina prozánětlivých bílkovin se vrátila do normálu a hlavně nová metoda nezpůsobila vážné vedlejší účinky. Snížil hladinu TNF asi o 80 %, aniž by jej zcela vyloučil, jako je tomu u farmakoterapie.

2. Bioelektronický čip SetPoint Medical

Po letech laboratorního výzkumu zahájila společnost SetPoint Medical, do níž investovala farmaceutická společnost GlaxoSmithKline, v roce 2011 klinické zkoušky nervově stimulujících implantátů pro boj s nemocemi. Dvě třetiny pacientů ve studii, kteří měli implantáty delší než 19 cm v krku spojeném s vagusovým nervem, zaznamenaly zlepšení, snížení bolesti a otoku. Vědci tvrdí, že je to jen začátek, a mají v plánu je léčit elektrickou stimulací dalších nemocí, jako je astma, cukrovka, epilepsie, neplodnost, obezita a dokonce i rakovina. Samozřejmě také infekce jako COVID-XNUMX.

Jako koncept je bioelektronika jednoduchá. Stručně řečeno, přenáší signály do nervového systému, které tělu říkají, aby se zotavilo.

Problém však jako vždy spočívá v detailech, jako je správný výklad a překlad elektrického jazyka nervového systému. Bezpečnost je další problém. Koneckonců, mluvíme o elektronických zařízeních připojených bezdrátově k síti (3), což znamená -.

Jak mluví Anand Raghunathan, profesor elektrotechniky a počítačového inženýrství na Purdue University, bioelektronika "mám dálkové ovládání něčího těla." To je také vážný test. miniaturizace, včetně metod pro efektivní připojení k sítím neuronů, které by umožnily získat odpovídající množství dat.

Zdroj 3Brain implantáty, které komunikují bezdrátově

Bioelektronika by neměla být zaměňována bio kybernetika (tedy biologická kybernetika), ani s bionikou (která vzešla z biokybernetiky). Jedná se o samostatné vědní disciplíny. Jejich společným jmenovatelem je odkaz na biologické a technické znalosti.

Kontroverze o dobrých opticky aktivovaných virech

Dnes vědci vytvářejí implantáty, které mohou přímo komunikovat s nervovým systémem ve snaze bojovat s různými zdravotními problémy, od rakoviny po nachlazení.

Pokud by výzkumníci byli úspěšní a bioelektronika by se rozšířila, miliony lidí by jednoho dne mohly chodit s počítači připojenými k jejich nervové soustavě.

V říši snů, ale ne zcela nereálných, existují například systémy včasného varování, které pomocí elektrických signálů okamžitě detekují „návštěvu“ takového koronaviru v těle a nasměrují na něj zbraně (farmakologické nebo dokonce nanoelektronické). . agresora, dokud nezaútočí na celý systém.

Vědci se snaží najít metodu, která bude rozumět signálům ze stovek tisíc neuronů současně. Přesná registrace a analýza nezbytná pro bioelektronikuaby vědci mohli identifikovat nesrovnalosti mezi základními nervovými signály u zdravých lidí a signály produkovanými osobou s konkrétní chorobou.

Tradičním přístupem k záznamu nervových signálů je použití malých sond s elektrodami uvnitř, tzv. Výzkumník rakoviny prostaty může například připojit svorky k nervu spojenému s prostatou u zdravé myši a zaznamenat aktivitu. Totéž by se dalo udělat s tvorem, jehož prostata byla geneticky upravena tak, aby produkovala zhoubné nádory. Porovnání hrubých dat obou metod určí, jak odlišné jsou nervové signály u myší s rakovinou. Na základě takových dat by mohl být opravný signál naprogramován do bioelektronického zařízení pro léčbu rakoviny.

Ale mají nevýhody. Mohou vybrat pouze jednu buňku najednou, takže neshromažďují dostatek dat, aby viděli celkový obrázek. Jak mluví Adam E. Cohen, profesor chemie a fyziky na Harvardu, "je to jako snažit se vidět operu brčkem."

Cohen, odborník v rostoucí oblasti volal optogenetikavěří, že může překonat omezení externích oprav. Jeho výzkum se pokouší využít optogenetiku k dešifrování nervové řeči nemoci. Problém je v tom, že nervová aktivita nepochází z hlasů jednotlivých neuronů, ale z jejich celého orchestru, který působí ve vzájemném vztahu. Zobrazení jednoho po druhém vám nedává holistický pohled.

Optogenetika začala v 90. letech, kdy vědci věděli, že proteiny zvané opsiny v bakteriích a řasách generují elektřinu, když jsou vystaveny světlu. Tento mechanismus využívá optogenetika.

Opsinové geny jsou vloženy do DNA neškodného viru, který je poté injikován do mozku nebo periferního nervu subjektu. Změnou genetické sekvence viru se vědci zaměřují na specifické neurony, jako jsou ty, které jsou zodpovědné za pocit chladu nebo bolesti, nebo na oblasti mozku, o nichž je známo, že jsou zodpovědné za určité akce nebo chování.

Poté se přes kůži nebo lebku zavede optické vlákno, které přenáší světlo ze svého hrotu do místa, kde se virus nachází. Světlo z optického vlákna aktivuje opsin, který zase vede elektrický náboj, který způsobí, že se neuron „rozsvítí“ (4). Vědci tak mohou ovládat reakce těla myší, způsobující spánek a agresi na povel.

4. Neuron ovládaný světlem

Před použitím opsinů a optogenetiky k aktivaci neuronů zapojených do určitých onemocnění však vědci potřebují určit nejen to, které neurony jsou za nemoc zodpovědné, ale také jak nemoc interaguje s nervovým systémem.

Neurony mluví stejně jako počítače binární jazyk, se slovníkem podle toho, zda je jejich signál zapnutý nebo vypnutý. Pořadí, časové intervaly a intenzita těchto změn určují způsob přenosu informací. Pokud se však dá předpokládat, že nemoc mluví svým vlastním jazykem, je zapotřebí tlumočníka.

Cohen a jeho kolegové měli pocit, že by to optogenetika zvládla. Vyvinuli tedy proces obráceně – místo použití světla k aktivaci neuronů používají světlo k zaznamenání své aktivity.

Opsiny by mohly být způsobem, jak léčit všechny druhy nemocí, ale vědci budou pravděpodobně muset vyvinout bioelektronická zařízení, která je nepoužívají. Používání geneticky modifikovaných virů se stane pro úřady a společnost nepřijatelné. Metoda opsinu je navíc založena na genové terapii, která zatím v klinických studiích nedosáhla přesvědčivého úspěchu, je velmi drahá a zdá se, že přináší vážná zdravotní rizika.

Cohen zmiňuje dvě alternativy. Jedna z nich je spojena s molekulami, které se chovají jako opsiny. Druhý využívá RNA k přeměně na protein podobný opsinu, protože nemění DNA, takže neexistují žádná rizika genové terapie. Přesto hlavní problém poskytující světlo v oblasti. Existují návrhy mozkových implantátů s integrovaným laserem, ale například Cohen považuje za vhodnější použití externích zdrojů světla.

Bioelektronika (5) dlouhodobě slibuje komplexní řešení všech zdravotních problémů, kterým lidstvo čelí. V současnosti se jedná o velmi experimentální oblast.

Je však nepopiratelně velmi zajímavý.