זריקות מכוונות היטב במחלה

אנו מחפשים תרופה וחיסון יעילים לנגיף הקורונה וההדבקה שלו. כרגע אין לנו תרופות בעלות יעילות מוכחת. עם זאת, יש דרך אחרת להילחם במחלות, הקשורה יותר לעולם הטכנולוגיה מאשר ביולוגיה ורפואה...

בשנת 1998, כלומר. בתקופה שבה חוקר אמריקאי, קווין טרייסי (1), ערך את הניסויים שלו על חולדות, לא נראה קשר בין עצב הוואגוס למערכת החיסון בגוף. שילוב כזה נחשב כמעט בלתי אפשרי.

אבל טרייסי הייתה בטוחה בקיום. הוא חיבר ממריץ דחפים חשמליים ביד לעצב החיה וטיפל בו ב"זריקות" חוזרות. לאחר מכן הוא נתן לחולדה TNF (גורם נמק גידול), חלבון הקשור לדלקת בבעלי חיים ובבני אדם. החיה הייתה אמורה להיות דלקתית חריפה תוך שעה, אך בבדיקה נמצא כי TNF נחסם ב-75%.

התברר שמערכת העצבים פעלה כמסוף מחשב, שבאמצעותו ניתן למנוע זיהום לפני תחילתו, או לעצור את התפתחותו.

דחפים חשמליים מתוכנתים בצורה נכונה המשפיעים על מערכת העצבים יכולים להחליף את ההשפעות של תרופות יקרות שאינן אדישות לבריאות המטופל.

שלט רחוק לגוף

גילוי זה פתח סניף חדש בשם ביו-אלקטרוניקה, שמחפשת עוד ועוד פתרונות טכניים מיניאטוריים לגירוי הגוף על מנת לעורר תגובות מתוכננות בקפידה. הטכניקה עדיין בחיתוליה. בנוסף, יש חששות רציניים לגבי הבטיחות של מעגלים אלקטרוניים. עם זאת, בהשוואה לתרופות, יש לזה יתרונות עצומים.

במאי 2014, טרייסי אמרה זאת לניו יורק טיימס טכנולוגיות ביו-אלקטרוניות יכולות להחליף בהצלחה את תעשיית התרופות וחזר על כך לעתים קרובות בשנים האחרונות.

החברה שהקים, SetPoint Medical (2), יישמה לראשונה את הטיפול החדש על קבוצה של שנים עשר מתנדבים מבוסניה והרצגובינה לפני שנתיים. ממריצים זעירים של עצב הוואגוס הפולטים אותות חשמליים הושתלו בצווארם. בשמונה אנשים הבדיקה הצליחה - כאבים חריפים פחתו, רמת החלבונים הפרו-דלקתיים חזרה לנורמה, והכי חשוב, השיטה החדשה לא גרמה לתופעות לוואי חמורות. היא הורידה את רמת ה-TNF בכ-80%, מבלי להעלים אותה לחלוטין, כפי שקורה בטיפול תרופתי.

2. שבב ביו-אלקטרוני SetPoint Medical

לאחר שנים של מחקר מעבדתי, בשנת 2011, SetPoint Medical, שהושקעה בה על ידי חברת התרופות GlaxoSmithKline, החלה בניסויים קליניים של שתלים מעוררי עצבים למלחמה במחלות. שני שלישים מהמטופלים במחקר שהיו להם שתלים באורך של יותר מ-19 ס"מ בצוואר המחוברים לעצב הוואגוס חוו שיפור, הפחתת כאב ונפיחות. מדענים אומרים שזו רק ההתחלה, ויש להם תוכניות לטפל בהם על ידי גירוי חשמלי של מחלות אחרות כמו אסטמה, סוכרת, אפילפסיה, אי פוריות, השמנת יתר ואפילו סרטן. כמובן, גם זיהומים כמו COVID-XNUMX.

בתור מושג, ביו-אלקטרוניקה היא פשוטה. בקיצור, הוא משדר אותות למערכת העצבים שאומרים לגוף להתאושש.

עם זאת, כמו תמיד, הבעיה נעוצה בפרטים, כמו הפרשנות הנכונה ו תרגום השפה החשמלית של מערכת העצבים. אבטחה זה נושא אחר. אחרי הכל, אנחנו מדברים על מכשירים אלקטרוניים המחוברים אלחוטית לרשת (3), כלומר -.

תוך כדי שהוא מדבר אנאנד רגוטן, פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת פרדו, ביו-אלקטרוניקה "נותנת לי שליטה מרחוק על הגוף של מישהו". גם זה מבחן רציני. הַזעָרָה, כולל שיטות לחיבור יעיל לרשתות של נוירונים שיאפשרו השגת כמויות מתאימות של נתונים.

שתלי מקור 3Brain המתקשרים בצורה אלחוטית

אין לבלבל בין ביו-אלקטרוניקה ביו קיברנטיקה (כלומר, קיברנטיקה ביולוגית), וגם לא עם ביוניקה (שצמחה מביו-קיברנטיקה). אלו דיסציפלינות מדעיות נפרדות. המכנה המשותף שלהם הוא ההתייחסות לידע ביולוגי וטכני.

מחלוקת לגבי וירוסים טובים המופעלים אופטית

כיום, מדענים יוצרים שתלים שיכולים לתקשר ישירות עם מערכת העצבים בניסיון להילחם בבעיות בריאותיות שונות, מסרטן ועד הצטננות.

אם החוקרים היו מצליחים והביו-אלקטרוניקה הייתה נפוצה, מיליוני אנשים יכלו יום אחד ללכת עם מחשבים המחוברים למערכות העצבים שלהם.

בתחום החלומות, אבל לא לגמרי לא מציאותי, יש, למשל, מערכות התרעה מוקדמת שבאמצעות אותות חשמליים מזהות מיידית את ה"ביקור" של נגיף קורונה כזה בגוף ומכוונות אליו כלי נשק (פרמקולוגיים או אפילו ננו-אלקטרוניים). . תוקפן עד שהוא תוקף את כל המערכת.

חוקרים נאבקים למצוא שיטה שתבין אותות ממאות אלפי נוירונים בו זמנית. רישום וניתוח מדויקים חיוניים לביו-אלקטרוניקהכך שמדענים יכולים לזהות חוסר עקביות בין אותות עצביים בסיסיים באנשים בריאים לבין אותות המיוצרים על ידי אדם עם מחלה מסוימת.

הגישה המסורתית להקלטת אותות עצביים היא להשתמש בבדיקות זעירות עם אלקטרודות בפנים, הנקראות. חוקר סרטן הערמונית, למשל, יכול לחבר מהדקים לעצב הקשור לערמונית בעכבר בריא ולתעד את הפעילות. אפשר לעשות את אותו הדבר עם יצור שהערמונית שלו עברה שינוי גנטי כדי לייצר גידולים ממאירים. השוואת הנתונים הגולמיים של שתי השיטות תקבע עד כמה האותות העצבים שונים בעכברים עם סרטן. בהתבסס על נתונים כאלה, אות מתקן יכול בתורו להיות מתוכנת למכשיר ביו-אלקטרוני לטיפול בסרטן.

אבל יש להם חסרונות. הם יכולים לבחור רק תא אחד בכל פעם, כך שהם לא אוספים מספיק נתונים כדי לראות את התמונה הכוללת. תוך כדי שהוא מדבר אדם א' כהן, פרופסור לכימיה ופיזיקה בהרווארד, "זה כמו לנסות לראות אופרה מבעד לקשית".

כהן, מומחה בתחום צומח בשם אופטוגנטיקה, מאמין שהוא יכול להתגבר על המגבלות של טלאים חיצוניים. המחקר שלו מנסה להשתמש באופטוגנטיקה כדי לפענח את השפה העצבית של המחלה. הבעיה היא שפעילות עצבית לא מגיעה מקולות של נוירונים בודדים, אלא מתזמורת שלמה שלהם הפועלת זה ביחס לזה. הצפייה בזה אחר זה לא נותנת לך ראייה הוליסטית.

האופטוגנטיקה החלה בשנות ה-90 כאשר מדענים ידעו שחלבונים המכונים אופסינים בחיידקים ובאצות מייצרים חשמל כאשר הם נחשפים לאור. האופטוגנטיקה משתמשת במנגנון זה.

הגנים האופסין מוכנסים ל-DNA של וירוס לא מזיק, אשר מוחדר לאחר מכן למוחו או לעצב ההיקפי של הנבדק. על ידי שינוי הרצף הגנטי של הנגיף, החוקרים מכוונים לנוירונים ספציפיים, כגון אלו האחראים לתחושת קור או כאב, או אזורים במוח הידועים כאחראים לפעולות או התנהגויות מסוימות.

לאחר מכן, מוחדר סיב אופטי דרך העור או הגולגולת, אשר מעביר אור מקצהו למקום בו נמצא הנגיף. האור מהסיב האופטי מפעיל את האופסין, שבתורו מוליך מטען חשמלי שגורם ל"להאיר" את הנוירון (4). לפיכך, מדענים יכולים לשלוט בתגובות גופם של עכברים, ולגרום לשינה ולתוקפנות בפקודה.

4. נוירון נשלט על ידי אור

אבל לפני השימוש באופסינים ואופטוגנטיקה כדי להפעיל נוירונים המעורבים במחלות מסוימות, מדענים צריכים לקבוע לא רק אילו נוירונים אחראים למחלה, אלא גם כיצד המחלה מקיימת אינטראקציה עם מערכת העצבים.

כמו מחשבים, נוירונים מדברים שפה בינארית, עם מילון המבוסס על האם האות שלהם מופעל או כבוי. הסדר, מרווחי הזמן ועוצמת השינויים הללו קובעים את אופן העברת המידע. עם זאת, אם ניתן לראות במחלה דוברת את שפתה, יש צורך במתורגמן.

כהן ועמיתיו הרגישו שאופטוגנטיקה יכולה להתמודד עם זה. אז הם פיתחו את התהליך הפוך - במקום להשתמש באור כדי להפעיל נוירונים, הם משתמשים באור כדי לתעד את פעילותם.

אופסינס יכולה להיות דרך לטפל בכל מיני מחלות, אבל סביר להניח שמדענים יצטרכו לפתח מכשירים ביו-אלקטרוניים שאינם משתמשים בהם. השימוש בנגיפים מהונדסים גנטית יהפוך לבלתי מקובל על הרשויות והחברה. בנוסף, שיטת האופסין מבוססת על ריפוי גנטי, שעדיין לא זכה להצלחה משכנעת בניסויים קליניים, היא יקרה מאוד ונראה כי היא טומנת בחובה סיכונים בריאותיים חמורים.

כהן מזכיר שתי חלופות. אחד מהם קשור למולקולות שמתנהגות כמו אופסינים. השני משתמש ב-RNA כדי להפוך לחלבון דמוי אופסין מכיוון שהוא לא משנה את ה-DNA, כך שאין סיכונים בריפוי גנטי. ובכל זאת הבעיה העיקרית לספק אור באזור. ישנם עיצובים של שתלי מוח עם לייזר משולב, אבל כהן, למשל, רואה לנכון יותר להשתמש במקורות אור חיצוניים.

בטווח הארוך, ביו-אלקטרוניקה (5) מבטיחה פתרון מקיף לכל בעיות הבריאות העומדות בפני האנושות. זה אזור מאוד ניסיוני כרגע.

עם זאת, אין ספק שזה מאוד מעניין.