Трапныя стрэлы ў хваробы

Мы шукаем эфектыўныя лекі і вакцыну ад каранавіруса і яго заражэння. На дадзены момант у нас няма прэпаратаў з даказанай эфектыўнасцю. Аднак ёсць і іншы спосаб барацьбы з хваробамі, больш звязаны са светам тэхналогій, чым з біялогіяй і медыцынай…

У 1998 г., г.зн. у той час, калі амерыканскі даследчык, Кевін Трэйсі (1), праводзіў свае эксперыменты на пацуках, не было заўважана ніякай сувязі паміж блукаючым нервам і імуннай сістэмай у арганізме. Такое спалучэнне лічылася практычна немагчымым.

Але Трэйсі была ўпэўненая ў існаванні. Ён падключыў ручны стымулятар электрычных імпульсаў да нерва жывёлы і апрацаваў яго паўторнымі "ўколамі". Затым ён даў пацуку TNF (фактар ​​некрозу пухліны), бялок, звязаны з запаленнем, як у жывёл, так і ў людзей. Жывёла павінна было стаць востра запаленым на працягу гадзіны, але пры аглядзе было выяўлена, што ФНВ заблакаваны на 75%.

Аказалася, што нервовая сістэма выступала ў ролі кампутарнага тэрмінала, з дапамогай якога можна або прадухіліць заражэнне яшчэ да таго, як яно пачнецца, або спыніць яго развіццё.

Правільна запраграмаваныя электрычныя імпульсы, якія ўздзейнічаюць на нервовую сістэму, могуць замяніць уздзеянне дарагіх лекаў, неабыякавых для здароўя пацыента.

Дыстанцыйнае кіраванне целам

Гэта адкрыццё адкрыла новую галіну пад назвай біяэлектроніка, Якая шукае ўсё больш і больш мініяцюрныя тэхнічныя рашэнні для стымуляцыі цела, каб выклікаць старанна спланаваныя рэакцыі. Тэхніка ўсё яшчэ знаходзіцца ў зачаткавым стане. Акрамя таго, існуюць сур'ёзныя асцярогі наконт бяспекі электронных схем. Аднак у параўнанні з фармацэўтычнымі прэпаратамі ён мае вялізныя перавагі.

У траўні 2014 года Трэйсі паведаміла New York Times, што біяэлектронныя тэхналогіі могуць паспяхова замяніць фармацэўтычную прамысловасць і часта паўтараў гэта ў апошнія гады.

Заснаваная ім кампанія SetPoint Medical (2) упершыню прымяніла новую тэрапію ў групе з дванаццаці добраахвотнікаў з Босніі і Герцагавіны два гады таму. У іх шыю імплантавалі малюсенькія стымулятары блукаючага нерва, якія выпраменьваюць электрычныя сігналы. У васьмі чалавек выпрабаванне прайшло паспяхова - аціхлі вострыя болі, нармалізаваўся ўзровень провоспалительных бялкоў, і, самае галоўнае, новы метад не выклікаў сур'ёзных пабочных эфектаў. Ён зніжаў узровень ФНВ прыкладна на 80%, не ўстараняючы яго цалкам, як у выпадку з фармакатэрапіяй.

2. Біяэлектронны чып SetPoint Medical

Пасля многіх гадоў лабараторных даследаванняў у 2011 годзе кампанія SetPoint Medical, у якую інвесціравала фармацэўтычная кампанія GlaxoSmithKline, пачала клінічныя выпрабаванні імплантатаў, якія стымулююць нервы, для барацьбы з хваробамі. У двух трацін пацыентаў у даследаванні, у якіх былі імплантаты даўжынёй больш за 19 см у шыі, злучаныя з блукаючым нервам, назіралася паляпшэнне, памяншэнне болю і ацёку. Навукоўцы кажуць, што гэта толькі пачатак, і ў іх ёсць планы лячыць іх шляхам электрычнай стымуляцыі іншых захворванняў, такіх як астма, дыябет, эпілепсія, бясплоддзе, атлусценне і нават рак. Вядома, таксама такія інфекцыі, як COVID-XNUMX.

Як канцэпцыя, біяэлектроніка простая. Карацей кажучы, ён перадае сігналы нервовай сістэме, якія загадваюць целу аднавіцца.

Аднак, як заўсёды, праблема заключаецца ў дэталях, напрыклад, у правільнай інтэрпрэтацыі і пераклад электрычнай мовы нервовай сістэмы. Бяспека - яшчэ адна праблема. Бо гаворка ідзе аб электронных прыладах, злучаных бесправадным спосабам у сетку (3), а значыць – .

Як ён кажа Ананд Рагунатан, прафесар электратэхнікі і вылічальнай тэхнікі Універсітэта Перд'ю, біяэлектроніка "дае мне дыстанцыйнае кіраванне нечым целам". Гэта таксама сур'ёзнае выпрабаванне мініяцюрызацыя, У тым ліку метады эфектыўнага злучэння з сеткамі нейронаў, якія дазволілі б атрымаць адпаведныя аб'ёмы дадзеных.

3. Мазгавыя імплантаты, якія маюць зносіны па бесправадной сетцы

Біяэлектроніку не варта блытаць з біякібернетыкі (гэта значыць біялагічнай кібернетыкі), ні з біянікай (якая ўзнікла з біякібернетыкі). Гэта асобныя навуковыя дысцыпліны. Іх агульным назоўнікам з'яўляецца спасылка на біялагічныя і тэхнічныя веды.

Спрэчкі аб добрых аптычна актываваных вірусах

Сёння навукоўцы ствараюць імплантаты, якія могуць напрамую звязвацца з нервовай сістэмай, спрабуючы змагацца з рознымі праблемамі са здароўем, ад раку да звычайнай прастуды.

Калі б даследнікі дабіліся поспеху і біяэлектроніка атрымала шырокае распаўсюджванне, мільёны людзей аднойчы змаглі б хадзіць з кампутарамі, падлучанымі да іх нервовай сістэмы.

У сферы летуценняў, але не зусім нерэалістычных, ёсць, напрыклад, сістэмы ранняга папярэджання, якія з дапамогай электрычных сігналаў маментальна выяўляюць «наведванне» такога каранавіруса ў арганізме і накіроўваюць на яго зброю (фармакалагічная ці нават нанаэлектронная). агрэсар, пакуль не атакуе ўсю сістэму.

Даследнікі з усіх сіл спрабуюць знайсці метад, які будзе разумець сігналы ад сотняў тысяч нейронаў адначасова. Дакладная рэгістрацыя і аналіз неабходны для біяэлектронікікаб навукоўцы маглі выявіць неадпаведнасці паміж асноўнымі нейронавымі сігналамі ў здаровых людзей і сігналамі, якія вырабляюцца чалавекам з вызначаным захворваннем.

Традыцыйны падыход да рэгістрацыі нейронавых сігналаў заключаецца ў выкарыстанні малюсенькіх зондаў з электродамі ўнутры, званых. Даследчык рака прадсталёвай залозы, напрыклад, можа прымацаваць заціскі да нерва, злучанаму з прадсталёвай залозай, у здаровай мышы і запісаць актыўнасць. Тое ж самае можна было б зрабіць з істотай, чыя прастата была генетычна мадыфікавана для вытворчасці злаякасных пухлін. Параўнанне зыходных дадзеных абодвух метадаў дазволіць вызначыць, наколькі адрозніваюцца нервовыя сігналы ў мышэй з ракам. На аснове такіх дадзеных можна было б у сваю чаргу запраграмаваць які карэктуе сігнал у біяэлектроннае прылада для лячэння рака.

Але ў іх ёсць недахопы. Яны могуць выбіраць толькі адну вочка за раз, таму яны не збіраюць дастаткова дадзеных, каб убачыць агульную карціну. Як ён кажа Адам Э. Коэн, прафесар хіміі і фізікі ў Гарвардзе, "гэта ўсё роўна, што спрабаваць убачыць оперу праз саломінку".

Коэн, эксперт у галіне развіцця пад назвай оптагенетыка, лічыць, што можа пераадолець абмежаванні знешніх выпраўленняў. Яго даследаванне спрабуе выкарыстоўваць оптагенетыку для расшыфроўкі нейронавай мовы хваробы. Праблема ў тым, што нейронавая актыўнасць зыходзіць не ад галасоў асобных нейронаў, а ад цэлага аркестра іх якія дзейнічаюць па стаўленні сябар да сябра. Прагляд па адным не дае вам цэласнага ўяўлення.

Оптагенетыка пачалася ў 90-х гадах, калі навукоўцы ведалі, што вавёркі, званыя опсінамі, у бактэрыях і багавінні генеруюць электрычнасць пры ўздзеянні святла. Оптагенетыка выкарыстоўвае гэты механізм.

Гены опсінаў ўбудоўваюцца ў ДНК бясшкоднага віруса, які затым уводзіцца ў мозг або перыферычны нерв падыспытнага. Змяняючы генетычную паслядоўнасць віруса, даследнікі нацэлены на вызначаныя нейроны, напрыклад тыя, якія адказваюць за пачуццё холаду ці болі, ці вобласці мозгу, якія, як вядома, адказваюць за пэўныя дзеянні ці паводзіны.

Затым праз скуру ці чэрап уводзяць аптычнае валакно, якое ад свайго кончыка прапускае святло - да таго месца, дзе знаходзіцца вірус. Святло аптычнага валакна актывуе опсін, які, у сваю чаргу, праводзіць электрычны зарад, які прымушае нейрон "загарацца" (4). Такім чынам, навукоўцы могуць кіраваць рэакцыямі арганізма мышэй, выклікаючы сон і агрэсію па камандзе.

4. Нейрон, які кіруецца святлом

Але перш чым выкарыстоўваць опсіны і оптагенетыку для актывацыі нейронаў, якія ўдзельнічаюць у пэўных захворваннях, спецыялістам неабходна вызначыць не толькі, якія нейроны адказныя за хваробу, але і тое, як хвароба ўзаемадзейнічае з нервовай сістэмай.

Як і кампутары, нейроны кажуць бінарная мова, са слоўнікам, заснаваным на тым, уключаны або выключаны іх сігнал. Парадак, часавыя інтэрвалы і інтэнсіўнасць гэтых змен вызначаюць спосаб перадачы інфармацыі. Аднак, калі можна лічыць, што якое-небудзь захворванне размаўляе на сваёй мове, перакладчык неабходны.

Коэн і яго калегі адчувалі, што оптагенетыка справіцца з гэтым. Таму яны распрацавалі працэс у зваротным парадку - замест таго, каб выкарыстоўваць святло для актывацыі нейронаў, яны выкарыстоўваюць святло для запісу іх актыўнасці.

Опсіны могуць быць спосабам лячэння ўсіх відаў хвароб, але навукоўцам, хутчэй за ўсё, спатрэбіцца распрацаваць біяэлектронныя прылады, якія не будуць іх выкарыстоўваць. Выкарыстанне генетычна мадыфікаваных вірусаў стане непрымальным для ўладаў і грамадства. Акрамя таго, метад опсіну заснаваны на геннай тэрапіі, якая яшчэ не дабілася пераканаўчых поспехаў у клінічных выпрабаваннях, з'яўляецца вельмі дарагой і, відаць, спалучана з сур'ёзнымі рызыкамі для здароўя.

Коэн згадвае дзве альтэрнатывы. Адзін з іх звязаны з малекуламі, якія паводзяць сябе як опсіны. Другі выкарыстоўвае РНК для пераўтварэння ў опсін-падобны бялок, паколькі ён не змяняе ДНК, таму няма рызык геннай тэрапіі. І ўсё ж асноўная праблема забеспячэнне святла на ўчастку. Існуюць канструкцыі мазгавых імплантатаў са ўбудаваным лазерам, але Коэн, напрыклад, лічыць больш мэтазгодным выкарыстанне вонкавых крыніц святла.

У доўгатэрміновай перспектыве біяэлектроніка (5) абяцае комплекснае вырашэнне ўсіх праблем са здароўем, з якімі сутыкаецца чалавецтва. На дадзены момант гэта вельмі эксперыментальная вобласць.

Аднак, бясспрэчна, вельмі цікава.