Velrettede skud i sygdom

Vi leder efter en effektiv kur og vaccine mod coronavirus og dens infektion. I øjeblikket har vi ikke lægemidler med dokumenteret effekt. Men der er en anden måde at bekæmpe sygdomme på, mere relateret til teknologiens verden end biologi og medicin ...

I 1998, dvs. på et tidspunkt, hvor en amerikansk opdagelsesrejsende, Kevin Tracy (1), udførte sine eksperimenter på rotter, blev der ikke set nogen sammenhæng mellem vagusnerven og immunsystemet i kroppen. En sådan kombination blev anset for næsten umulig.

Men Tracy var sikker på at eksistere. Han tilsluttede en håndholdt elektrisk impulsstimulator til dyrets nerve og behandlede den med gentagne "skud". Derefter gav han rotten TNF (tumor necrosis factor), et protein forbundet med betændelse hos både dyr og mennesker. Det var meningen, at dyret skulle blive akut betændt inden for en time, men ved undersøgelse viste det sig, at TNF var blokeret med 75 %.

Det viste sig, at nervesystemet fungerede som en computerterminal, hvormed man enten kan forhindre infektion, før den begynder, eller stoppe dens udvikling.

Korrekt programmerede elektriske impulser, der påvirker nervesystemet, kan erstatte virkningerne af dyre lægemidler, der ikke er ligeglade med patientens helbred.

Kropsfjernbetjening

Denne opdagelse åbnede en ny filial kaldet bioelektronik, som leder efter flere og flere miniature tekniske løsninger til at stimulere kroppen for at fremkalde nøje planlagte reaktioner. Teknikken er stadig i sin vorden. Derudover er der alvorlige bekymringer om sikkerheden ved elektroniske kredsløb. Men sammenlignet med lægemidler har det enorme fordele.

I maj 2014 fortalte Tracy det til New York Times bioelektroniske teknologier kan med succes erstatte den farmaceutiske industri og gentog det ofte i de senere år.

Firmaet, han grundlagde, SetPoint Medical (2), anvendte første gang den nye behandling på en gruppe på tolv frivillige fra Bosnien-Hercegovina for to år siden. Små vagusnervestimulatorer, der udsender elektriske signaler, er blevet implanteret i deres nakke. Hos otte personer var testen vellykket - akutte smerter aftog, niveauet af pro-inflammatoriske proteiner vendte tilbage til det normale, og vigtigst af alt gav den nye metode ikke alvorlige bivirkninger. Det reducerede niveauet af TNF med omkring 80 % uden at eliminere det fuldstændigt, som det er tilfældet med farmakoterapi.

2. Bioelektronisk chip SetPoint Medical

Efter flere års laboratorieforskning begyndte SetPoint Medical, som medicinalfirmaet GlaxoSmithKline investerede i, i 2011 kliniske forsøg med nervestimulerende implantater til at bekæmpe sygdom. To tredjedele af patienterne i undersøgelsen, som havde implantater længere end 19 cm i nakken forbundet med vagusnerven, oplevede bedring, reduceret smerte og hævelse. Forskere siger, at dette kun er begyndelsen, og de har planer om at behandle dem ved elektrisk stimulering af andre sygdomme som astma, diabetes, epilepsi, infertilitet, fedme og endda kræft. Selvfølgelig også infektioner som COVID-XNUMX.

Som koncept er bioelektronik enkel. Kort sagt, det sender signaler til nervesystemet, der fortæller kroppen at komme sig.

Men som altid ligger problemet i detaljerne, såsom den korrekte fortolkning og oversættelse af nervesystemets elektriske sprog. Sikkerhed er et andet spørgsmål. Vi taler trods alt om elektroniske enheder forbundet trådløst til et netværk (3), hvilket betyder -.

Som han taler Anand Ragunatan, professor i el- og computerteknik ved Purdue University, bioelektronik "giver mig fjernstyring af nogens krop." Dette er også en seriøs test. miniaturisering, herunder metoder til effektiv forbindelse til netværk af neuroner, der ville tillade opnåelse af passende mængder af data.

Source 3Brain implantater, der kommunikerer trådløst

Bioelektronik må ikke forveksles med biocybernetics (det vil sige biologisk kybernetik), og heller ikke med bionik (som opstod fra biokybernetik). Disse er separate videnskabelige discipliner. Deres fællesnævner er referencen til biologisk og teknisk viden.

Kontrovers om gode optisk aktiverede vira

I dag skaber forskere implantater, der kan kommunikere direkte med nervesystemet i et forsøg på at bekæmpe forskellige sundhedsproblemer, lige fra kræft til forkølelse.

Hvis forskerne havde succes, og bioelektronikken blev udbredt, kunne millioner af mennesker en dag være i stand til at gå med computere forbundet til deres nervesystemer.

I drømmenes rige, men ikke helt urealistisk, er der for eksempel tidlige varslingssystemer, der ved hjælp af elektriske signaler øjeblikkeligt registrerer "besøget" af en sådan coronavirus i kroppen og retter våben (farmakologiske eller endda nanoelektroniske) mod den. . aggressor, indtil den angriber hele systemet.

Forskere kæmper for at finde en metode, der vil forstå signaler fra hundredtusindvis af neuroner på samme tid. Nøjagtig registrering og analyse afgørende for bioelektronikså forskerne kan identificere uoverensstemmelser mellem basale neurale signaler hos raske mennesker og signaler produceret af en person med en bestemt sygdom.

Den traditionelle tilgang til optagelse af neurale signaler er at bruge bittesmå prober med elektroder indeni, kaldet. En prostatakræftforsker kan for eksempel fastgøre klemmer til en nerve forbundet med prostata hos en rask mus og registrere aktiviteten. Det samme kunne gøres med et væsen, hvis prostata var blevet genetisk modificeret til at producere ondartede tumorer. Sammenligning af rådata fra begge metoder vil afgøre, hvor forskellige nervesignalerne er hos mus med kræft. Baseret på sådanne data kunne et korrigerende signal igen programmeres ind i en bioelektronisk enhed til behandling af cancer.

Men de har ulemper. De kan kun vælge én celle ad gangen, så de indsamler ikke nok data til at se det store billede. Som han taler Adam E. Cohen, professor i kemi og fysik ved Harvard, "det er som at prøve at se opera gennem et sugerør."

Cohen, en ekspert i et voksende felt kaldet optogenetik, mener, at det kan overvinde begrænsningerne ved eksterne patches. Hans forskning forsøger at bruge optogenetik til at tyde sygdommens neurale sprog. Problemet er, at neural aktivitet ikke kommer fra de enkelte neuroners stemmer, men fra et helt orkester af dem, der handler i forhold til hinanden. At se én efter én giver dig ikke et helhedssyn.

Optogenetik begyndte i 90'erne, da forskerne vidste, at proteiner kaldet opsiner i bakterier og alger genererer elektricitet, når de udsættes for lys. Optogenetik bruger denne mekanisme.

Opsin-generne indsættes i DNA'et af en harmløs virus, som derefter sprøjtes ind i forsøgspersonens hjerne eller perifere nerve. Ved at ændre den genetiske sekvens af virussen målretter forskerne sig mod specifikke neuroner, såsom dem, der er ansvarlige for at føle kulde eller smerte, eller områder af hjernen, der vides at være ansvarlige for visse handlinger eller adfærd.

Derefter indføres en optisk fiber gennem huden eller kraniet, som transmitterer lys fra spidsen til det sted, hvor virussen befinder sig. Lyset fra den optiske fiber aktiverer opsinet, som igen leder en elektrisk ladning, der får neuronen til at "lyse op" (4). Således kan videnskabsmænd kontrollere reaktionerne fra musekroppen, hvilket forårsager søvn og aggression på kommando.

4. Neuron styret af lys

Men før de bruger opsiner og optogenetik til at aktivere neuroner involveret i visse sygdomme, skal forskerne ikke kun bestemme, hvilke neuroner der er ansvarlige for sygdommen, men også hvordan sygdommen interagerer med nervesystemet.

Som computere taler neuroner binært sprog, med en ordbog baseret på, om deres signal er tændt eller slukket. Rækkefølgen, tidsintervallerne og intensiteten af ​​disse ændringer bestemmer måden information transmitteres på. Men hvis en sygdom kan anses for at tale sit eget sprog, er der brug for en tolk.

Cohen og hans kolleger mente, at optogenetik kunne klare det. Så de udviklede processen omvendt – i stedet for at bruge lys til at aktivere neuroner, bruger de lys til at registrere deres aktivitet.

Opsins kunne være en måde at behandle alle mulige sygdomme på, men forskerne bliver sandsynligvis nødt til at udvikle bioelektroniske enheder, der ikke bruger dem. Brugen af ​​genetisk modificerede vira vil blive uacceptabel for myndigheder og samfund. Derudover er opsin-metoden baseret på genterapi, som endnu ikke har opnået overbevisende succes i kliniske forsøg, er meget dyr og ser ud til at medføre alvorlige sundhedsrisici.

Cohen nævner to alternativer. En af dem er forbundet med molekyler, der opfører sig som opsins. Den anden bruger RNA til at blive omdannet til et opsin-lignende protein, fordi det ikke ændrer DNA, så der er ingen genterapirisici. Alligevel hovedproblemet giver lys i området. Der findes design af hjerneimplantater med integreret laser, men Cohen vurderer for eksempel, at det er mere hensigtsmæssigt at bruge eksterne lyskilder.

På lang sigt lover bioelektronik (5) en omfattende løsning på alle de sundhedsproblemer, som menneskeheden står over for. Dette er et meget eksperimenterende område i øjeblikket.

Det er dog unægtelig meget interessant.