Goed gerichte schoten bij ziekte

We zijn op zoek naar een effectief medicijn en vaccin tegen het coronavirus en de infectie ervan. Op dit moment hebben we geen medicijnen met bewezen effectiviteit. Er is echter een andere manier om ziekten te bestrijden, die meer verband houdt met de wereld van de technologie dan met de biologie en de geneeskunde...

In 1998, d.w.z. in een tijd waarin de Amerikaanse ontdekkingsreiziger Kevin Tracy (1), zijn experimenten op ratten uitvoerde, werd er geen verband waargenomen tussen de nervus vagus en het immuunsysteem in het lichaam. Een dergelijke combinatie werd als vrijwel onmogelijk beschouwd.

Maar Tracy was zeker van het bestaan ​​ervan. Hij verbond een draagbare elektrische impulsstimulator met de zenuw van het dier en behandelde deze met herhaalde ‘injecties’. Vervolgens gaf hij de rat TNF (tumornecrosefactor), een eiwit dat geassocieerd is met ontstekingen bij zowel dieren als mensen. Het dier zou binnen een uur acuut ontstoken moeten zijn, maar bij onderzoek bleek dat TNF voor 75% geblokkeerd was.

Het bleek dat het zenuwstelsel fungeerde als een computerterminal, waarmee je infectie kon voorkomen voordat deze begon, of de ontwikkeling ervan kon stoppen.

Correct geprogrammeerde elektrische impulsen die het zenuwstelsel beïnvloeden, kunnen de effecten van dure medicijnen vervangen die belangrijk zijn voor de gezondheid van de patiënt.

Lichaamscontrole op afstand

Deze ontdekking opende een nieuw filiaal genaamd bio-elektronica, dat op zoek is naar steeds meer geminiaturiseerde technische oplossingen om het lichaam te stimuleren en zo zorgvuldig geplande reacties uit te lokken. De technologie staat nog in de kinderschoenen. Bovendien bestaan ​​er ernstige zorgen over de veiligheid van elektronische schakelingen. In vergelijking met farmaceutische medicijnen heeft het echter enorme voordelen.

In mei 2014 vertelde Tracy dat aan de New York Times bio-elektronische technologieën kunnen de farmaceutische industrie met succes vervangen en heeft dit de afgelopen jaren vaak herhaald.

Het bedrijf dat hij oprichtte, SetPoint Medical (2), gebruikte de nieuwe therapie twee jaar geleden voor het eerst bij een groep van twaalf vrijwilligers uit Bosnië en Herzegovina. Ze hadden kleine vaguszenuwstimulatoren in hun nek geïmplanteerd, die elektrische signalen uitzenden. Bij acht mensen was de proef succesvol: de acute pijn nam af, het niveau van pro-inflammatoire eiwitten normaliseerde en, belangrijker nog, de nieuwe methode veroorzaakte geen ernstige bijwerkingen. Het verlaagde de TNF-niveaus met ongeveer 80%, zonder het volledig te elimineren, zoals het geval is bij farmacotherapie.

2. SetPoint Medical bio-elektronische chip

Na jaren van laboratoriumonderzoek begon SetPoint Medical, waarin werd geïnvesteerd door het farmaceutische bedrijf GlaxoSmithKline, in 2011 met klinische proeven met zenuwstimulerende implantaten om ziekten te bestrijden. Twee derde van de patiënten in het onderzoek met implantaten langer dan 19 cm in de nek, verbonden met de nervus vagus, ondervonden verbetering, vermindering van pijn en zwelling. Wetenschappers zeggen dat dit nog maar het begin is en dat ze plannen hebben om ze te behandelen met elektrische stimulatie voor andere ziekten zoals astma, diabetes, epilepsie, onvruchtbaarheid, zwaarlijvigheid en zelfs kanker. Uiteraard ook infecties zoals COVID-XNUMX.

Als concept is bio-elektronica eenvoudig. Kortom, het zendt signalen naar het zenuwstelsel die het lichaam vertellen zichzelf te herstellen.

Maar zoals altijd ligt het probleem in de details, zoals de juiste interpretatie en vertaling van de elektrische taal van het zenuwstelsel. Beveiliging is een ander probleem. We hebben het tenslotte over elektronische apparaten die draadloos zijn verbonden met een netwerk (3), wat betekent -.

De manier waarop hij praat Anand Raghunathan, hoogleraar elektrische en computertechniek aan de Purdue University, geeft bio-elektronica mij de controle over iemands lichaam op afstand. Dit is ook een serieuze test miniaturisatie, inclusief methoden voor het efficiënt verbinden met netwerken van neuronen waarmee passende hoeveelheden gegevens kunnen worden verkregen.

3. Hersenimplantaten die draadloos communiceren

Bio-elektronica moet niet worden verward met biocybernetica (dat wil zeggen biologische cybernetica), noch met bionica (die voortkwam uit de biocybernetica). Dit zijn aparte wetenschappelijke disciplines. Hun gemeenschappelijke noemer is de verwijzing naar biologische en technische kennis.

Controverse over goede optisch geactiveerde virussen

Tegenwoordig creëren wetenschappers implantaten die rechtstreeks met het zenuwstelsel kunnen communiceren in een poging een verscheidenheid aan gezondheidsproblemen te bestrijden, van kanker tot verkoudheid.

Als de onderzoekers succesvol zouden zijn en de bio-elektronica wijdverspreid zou worden, zouden miljoenen mensen op een dag rond kunnen lopen met computers die verbonden zijn met hun zenuwstelsel.

Op het gebied van dromen, maar niet geheel onrealistisch, zijn er bijvoorbeeld systemen voor vroegtijdige waarschuwing die, met behulp van elektrische signalen, onmiddellijk het ‘bezoek’ van zo’n coronavirus in het lichaam detecteren en er wapens (farmacologisch of zelfs nano-elektronisch) op richten. . agressor totdat hij het hele systeem aanvalt.

Onderzoekers worstelen met het vinden van een methode die signalen van honderdduizenden neuronen tegelijkertijd begrijpt. Nauwkeurige registratie en analyse zijn essentieel voor de bio-elektronicazodat wetenschappers discrepanties kunnen identificeren tussen de fundamentele neurale signalen bij gezonde mensen en de signalen geproduceerd door een persoon met een bepaalde ziekte.

De traditionele benadering voor het opnemen van neurale signalen is het gebruik van kleine sondes met daarin elektroden, genaamd. Een prostaatkankeronderzoeker zou bijvoorbeeld klemmen kunnen bevestigen aan een zenuw die verbonden is met de prostaatklier van een gezonde muis en de activiteit kunnen registreren. Hetzelfde zou gedaan kunnen worden met een wezen wiens prostaat genetisch gemodificeerd was om kwaadaardige tumoren te produceren. Het vergelijken van de onbewerkte gegevens van beide methoden zal bepalen hoe verschillende neurale signalen zijn bij muizen met kanker. Op basis van dergelijke gegevens zou een correctiesignaal op zijn beurt kunnen worden geprogrammeerd in een bio-elektronisch apparaat voor de behandeling van kanker.

Maar ze hebben nadelen. Ze kunnen slechts één cel tegelijk selecteren, dus verzamelen ze niet genoeg gegevens om het grote geheel te zien. De manier waarop hij praat Adam E. Cohen, hoogleraar scheikunde en natuurkunde aan Harvard, ‘is alsof je een opera door een rietje probeert te zien.’

Cohen, een expert op een opkomend vakgebied, gebeld optogenetica, gelooft dat het de beperkingen van externe patches kan overwinnen. Zijn onderzoek probeert optogenetica te gebruiken om de neurale taal van ziekten te ontcijferen. Het probleem is dat neurale activiteit niet voortkomt uit de stemmen van individuele neuronen, maar uit een heel orkest daarvan dat in relatie tot elkaar handelt. Door ze één voor één te bekijken, krijg je geen holistisch beeld.

Optogenetica begon in de jaren negentig, toen wetenschappers wisten dat eiwitten die opsins worden genoemd in bacteriën en algen elektriciteit opwekten bij blootstelling aan licht. Optogenetica maakt gebruik van dit mechanisme.

De opsin-genen worden in het DNA van een onschadelijk virus ingebracht, dat vervolgens in de hersenen of perifere zenuw van de proefpersoon wordt geïnjecteerd. Door de genetische sequentie van het virus te veranderen, richten onderzoekers zich op specifieke neuronen, zoals de neuronen die verantwoordelijk zijn voor gevoelens van kou of pijn, of delen van de hersenen waarvan bekend is dat ze verantwoordelijk zijn voor bepaalde acties of gedragingen.

Vervolgens wordt er een optische vezel door de huid of schedel gestoken, die vanaf de punt licht doorlaat naar de plek waar het virus zich bevindt. Licht van de optische vezel activeert de opsin, die op zijn beurt een elektrische lading geleidt die ervoor zorgt dat het neuron ‘oplicht’ (4). Op deze manier kunnen wetenschappers de reacties van muizen controleren, waardoor op commando slaap en agressie ontstaat.

4. Lichtgestuurd neuron

Maar voordat opsins en optogenetica worden gebruikt om neuronen te activeren die betrokken zijn bij specifieke ziekten, moeten experts niet alleen bepalen welke neuronen verantwoordelijk zijn voor de ziekte, maar ook hoe de ziekte interageert met het zenuwstelsel.

Net als computers praten neuronen binaire taal, met een woordenboek op basis van of hun signaal aan of uit is. De volgorde, timing en intensiteit van deze veranderingen bepalen de manier waarop informatie wordt overgedragen. Als echter kan worden aangenomen dat een ziekte zijn eigen taal spreekt, is een vertaler noodzakelijk.

Cohen en zijn collega's waren van mening dat optogenetica dit aankon. Dus ontwierpen ze het proces in omgekeerde volgorde: in plaats van licht te gebruiken om neuronen te activeren, gebruiken ze licht om hun activiteit vast te leggen.

Opsins kunnen een manier zijn om allerlei ziekten te behandelen, maar wetenschappers zullen waarschijnlijk bio-elektronische apparaten moeten ontwikkelen die er geen gebruik van maken. Het gebruik van genetisch gemodificeerde virussen zal onaanvaardbaar worden voor autoriteiten en de samenleving. Bovendien is de opsin-aanpak gebaseerd op gentherapie, die in klinische onderzoeken nog geen overtuigend succes heeft opgeleverd, erg duur is en ernstige gezondheidsrisico's lijkt te met zich meebrengen.

Cohen noemt twee alternatieven. Eén daarvan betreft moleculen die zich als opsins gedragen. De tweede gebruikt RNA om te worden omgezet in een opsin-achtig eiwit omdat het DNA niet verandert, dus er zijn geen risico's van gentherapie. En toch het grootste probleem zorgen voor licht in de omgeving. Er zijn ontwerpen van hersenimplantaten met een ingebouwde laser, maar bijvoorbeeld Cohen vindt het passender om externe lichtbronnen te gebruiken.

Op de lange termijn belooft bio-elektronica (5) een alomvattende oplossing voor alle gezondheidsproblemen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd. Dit is momenteel een zeer experimenteel gebied.

Het is echter ongetwijfeld erg interessant.