Hästi sihitud lasud haiguse korral

Otsime tõhusat ravi ja vaktsiini koroonaviiruse ja selle nakkuse vastu. Hetkel meil ei ole tõestatud efektiivsusega ravimeid. Kuid haiguste vastu võitlemiseks on veel üks viis, mis on rohkem seotud tehnoloogiamaailmaga kui bioloogia ja meditsiin ...

1998. aastal, s.o. ajal, mil Ameerika maadeavastaja Kevin Tracy (1), viis läbi oma katsed rottidega, ei täheldatud vaguse närvi ja organismi immuunsüsteemi vahel seost. Sellist kombinatsiooni peeti peaaegu võimatuks.

Kuid Tracy oli olemasolus kindel. Ta ühendas looma närviga käeshoitava elektrilise impulssstimulaatori ja ravis seda korduvate "lasudega". Seejärel andis ta rotile TNF-i (tuumornekroosifaktor), valgu, mis on seotud põletikuga nii loomadel kui inimestel. Loomal pidi äge põletik muutuma tunni jooksul, kuid uurimisel selgus, et TNF oli 75% blokeeritud.

Selgus, et närvisüsteem toimis arvutiterminalina, millega saab enne selle algust nakatumist ära hoida või selle arengu peatada.

Õigesti programmeeritud närvisüsteemi mõjutavad elektriimpulsid võivad asendada kallite ravimite mõju, mis ei ole patsiendi tervise suhtes ükskõiksed.

Kere kaugjuhtimispult

See avastus avas uue haru nimega bioelektroonika, mis otsib järjest rohkem miniatuurseid tehnilisi lahendusi keha turgutamiseks, et kutsuda esile hoolikalt planeeritud reaktsioone. Tehnika on alles lapsekingades. Lisaks on tõsine mure elektroonikalülituste ohutuse pärast. Kuid võrreldes ravimitega on sellel tohutud eelised.

2014. aasta mais rääkis Tracy seda New York Timesile bioelektroonilised tehnoloogiad võivad edukalt asendada farmaatsiatööstust ja korranud seda viimastel aastatel sageli.

Tema asutatud ettevõte SetPoint Medical (2) rakendas uut teraapiat esimest korda kaheteistkümneliikmelise Bosnia ja Hertsegoviina vabatahtliku rühma puhul kaks aastat tagasi. Nende kaela on implanteeritud pisikesed vagusnärvi stimulaatorid, mis kiirgavad elektrilisi signaale. Kaheksal inimesel oli test edukas – äge valu taandus, põletikku soodustavate valkude tase normaliseerus ja mis peamine, uus meetod ei põhjustanud tõsiseid kõrvalnähte. See vähendas TNF-i taset ligikaudu 80% võrra, ilma et see oleks täielikult kõrvaldatud, nagu see on farmakoteraapia puhul.

2. Bioelektrooniline kiip SetPoint Medical

Pärast aastaid kestnud laboriuuringuid alustas SetPoint Medical, millesse investeeris ravimifirma GlaxoSmithKline, 2011. aastal haiguste vastu võitlemiseks närve stimuleerivate implantaatide kliinilisi uuringuid. Kahel kolmandikul uuringus osalenud patsientidest, kelle kaelas olid vaguse närviga ühendatud implantaadid pikemad kui 19 cm, ilmnes paranemine, valu ja turse vähenemine. Teadlaste sõnul on see alles algus ja neil on plaanis ravida neid elektrilise stimulatsiooniga muude haiguste, nagu astma, suhkurtõve, epilepsia, viljatuse, rasvumise ja isegi vähi korral. Muidugi ka nakkused nagu COVID-XNUMX.

Bioelektroonika on kontseptsioonina lihtne. Lühidalt öeldes edastab see närvisüsteemile signaale, mis käsivad kehal taastuda.

Kuid nagu ikka, peitub probleem detailides, näiteks õiges tõlgendamises ja närvisüsteemi elektrikeele tõlkimine. Turvalisus on teine ​​teema. Lõppude lõpuks räägime elektroonilistest seadmetest, mis on ühendatud juhtmevabalt võrku (3), mis tähendab -.

Nagu ta räägib Anand Ragunatan, Purdue ülikooli elektri- ja arvutitehnika professor, bioelektroonika "annab mulle kellegi keha kaugjuhtimise". See on ka tõsine proovikivi. miniaturiseerimine, sealhulgas meetodid tõhusaks ühendamiseks neuronite võrkudega, mis võimaldaksid hankida sobival hulgal andmeid.

Allikas 3Ajuimplantaadid, mis suhtlevad juhtmevabalt

Bioelektroonikat ei tohi segi ajada bioküberneetika (see tähendab bioloogiline küberneetika) ega ka bioonikaga (mis tekkis bioküberneetikast). Need on eraldiseisvad teadusharud. Nende ühine nimetaja on viide bioloogilistele ja tehnilistele teadmistele.

Vaidlused heade optiliselt aktiveeritud viiruste üle

Tänapäeval loovad teadlased implantaate, mis suudavad suhelda otse närvisüsteemiga, püüdes võidelda erinevate terviseprobleemidega vähist külmetushaiguseni.

Kui teadlased oleksid edukad ja bioelektroonika leviks laialt, võiksid miljonid inimesed ühel päeval oma närvisüsteemiga ühendatud arvutitega kõndida.

Unistuste vallas, kuid mitte täiesti ebareaalsetes, on olemas näiteks varajase hoiatamise süsteemid, mis elektriliste signaalide abil tuvastavad koheselt sellise koroonaviiruse "visiidi" kehas ja suunavad relvad (farmakoloogilised või isegi nanoelektroonilised) sellele vastu. . agressoriks, kuni see ründab kogu süsteemi.

Teadlased püüavad leida meetodit, mis mõistaks samaaegselt sadade tuhandete neuronite signaale. Bioelektroonika jaoks hädavajalik täpne registreerimine ja analüüset teadlased saaksid tuvastada tervete inimeste põhiliste närvisignaalide ja konkreetse haigusega inimese tekitatud signaalide ebakõlasid.

Traditsiooniline lähenemisviis närvisignaalide salvestamiseks on kasutada pisikesi sonde, mille sees on elektroodid, nn. Näiteks eesnäärmevähi uurija saab tervel hiirel kinnitada eesnäärmega seotud närvile klambrid ja salvestada tegevuse. Sama võiks teha olendiga, kelle eesnääret oli geneetiliselt muundatud pahaloomuliste kasvajate tekitamiseks. Mõlema meetodi algandmete võrdlemine määrab, kui erinevad on vähiga hiirte närvisignaalid. Selliste andmete põhjal saaks korrigeeriva signaali omakorda programmeerida vähiravi bioelektroonilisse seadmesse.

Kuid neil on puudusi. Nad saavad korraga valida ainult ühe lahtri, mistõttu nad ei kogu piisavalt andmeid, et näha suurt pilti. Nagu ta räägib Adam E. Cohen, Harvardi keemia- ja füüsikaprofessor, "see on nagu katse näha ooperit läbi õlekõrre."

Cohen, kasvava valdkonna ekspert kutsus optogeneetika, usub, et see suudab ületada väliste plaastrite piirangud. Tema uurimistöö püüab kasutada optogeneetikat haiguse närvikeele dešifreerimiseks. Probleem on selles, et närvitegevus ei tulene üksikute neuronite häältest, vaid nende tervest orkestrist, mis tegutseb üksteise suhtes. Ükshaaval vaatamine ei anna terviklikku vaadet.

Optogeneetika sai alguse 90ndatel, kui teadlased teadsid, et bakterites ja vetikates leiduvad valgud, mida nimetatakse opsiinideks, toodavad valguse käes elektrit. Optogeneetika kasutab seda mehhanismi.

Opsiini geenid sisestatakse kahjutu viiruse DNA-sse, mis seejärel süstitakse subjekti ajju või perifeersesse närvi. Viiruse geneetilist järjestust muutes sihivad teadlased spetsiifilisi neuroneid, näiteks neid, mis vastutavad külma või valu eest, või ajupiirkondi, mis vastutavad teatud toimingute või käitumise eest.

Seejärel sisestatakse läbi naha või kolju optiline kiud, mis edastab valguse selle otsast viiruse asukohta. Optilisest kiust tulev valgus aktiveerib opsiini, mis omakorda juhib elektrilaengu, mis põhjustab neuroni "süttimise" (4). Seega saavad teadlased kontrollida hiirte keha reaktsioone, põhjustades käsu peale und ja agressiooni.

4. Valguse poolt juhitav neuron

Kuid enne opsiinide ja optogeneetika kasutamist teatud haigustega seotud neuronite aktiveerimiseks peavad teadlased kindlaks tegema mitte ainult selle, millised neuronid haiguse eest vastutavad, vaid ka selle, kuidas haigus närvisüsteemiga suhtleb.

Nagu arvutid, räägivad neuronid binaarne keel, mille signaal on sisse või välja lülitatud. Nende muutuste järjekord, ajaintervallid ja intensiivsus määravad teabe edastamise viisi. Kui aga võib lugeda, et haigus räägib oma keelt, on vaja tõlki.

Cohen ja tema kolleegid leidsid, et optogeneetika saab sellega hakkama. Seega arendasid nad protsessi vastupidises suunas – selle asemel, et kasutada valgust neuronite aktiveerimiseks, kasutavad nad valgust oma tegevuse salvestamiseks.

Opsiinid võivad olla vahend igasuguste haiguste raviks, kuid tõenäoliselt peavad teadlased välja töötama bioelektroonilised seadmed, mis neid ei kasuta. Geneetiliselt muundatud viiruste kasutamine muutub võimudele ja ühiskonnale vastuvõetamatuks. Lisaks põhineb opsiini meetod geeniteraapial, mis pole veel kliinilistes uuringutes veenvat edu saavutanud, on väga kallis ja näib olevat tõsiste terviseriskidega.

Cohen mainib kahte alternatiivi. Üks neist on seotud molekulidega, mis käituvad nagu opsiinid. Teises kasutatakse RNA-d, mis muundatakse opsiinilaadseks valguks, kuna see ei muuda DNA-d, seega pole geeniteraapiaga seotud riske. Peamine probleem siiski pakkudes piirkonnas valgust. On olemas integreeritud laseriga ajuimplantaatide kujundused, kuid näiteks Cohen peab õigemaks kasutada väliseid valgusallikaid.

Pikas perspektiivis tõotab bioelektroonika (5) terviklikku lahendust kõikidele inimkonna terviseprobleemidele. See on hetkel väga eksperimentaalne ala.

Siiski on see vaieldamatult väga huvitav.