Risasi zilizokusudiwa vizuri katika ugonjwa

Tunatafuta tiba na chanjo madhubuti ya virusi vya corona na maambukizi yake. Kwa sasa, hatuna madawa ya kulevya yenye ufanisi kuthibitishwa. Walakini, kuna njia nyingine ya kupambana na magonjwa, inayohusiana zaidi na ulimwengu wa teknolojia kuliko biolojia na dawa ...

Mnamo 1998, i.e. wakati ambapo mpelelezi wa Marekani, Kevin Tracy (1), alifanya majaribio yake juu ya panya, hakuna uhusiano ulioonekana kati ya ujasiri wa vagus na mfumo wa kinga katika mwili. Mchanganyiko kama huo ulizingatiwa kuwa hauwezekani.

Lakini Tracy alikuwa na uhakika wa kuwepo. Aliunganisha kichocheo cha msukumo wa umeme kilichoshikiliwa kwa mkono na ujasiri wa mnyama na kutibu kwa "risasi" za mara kwa mara. Kisha akampa panya TNF (tumor necrosis factor), protini inayohusishwa na kuvimba kwa wanyama na wanadamu. Mnyama huyo alitakiwa kuvimba sana ndani ya saa moja, lakini baada ya uchunguzi ilibainika kuwa TNF ilikuwa imefungwa kwa 75%.

Ilibadilika kuwa mfumo wa neva ulifanya kama terminal ya kompyuta, ambayo unaweza kuzuia maambukizi kabla ya kuanza, au kuacha maendeleo yake.

Misukumo ya umeme iliyopangwa kwa usahihi inayoathiri mfumo wa neva inaweza kuchukua nafasi ya madhara ya madawa ya gharama kubwa ambayo hayajali afya ya mgonjwa.

Udhibiti wa mbali wa mwili

Ugunduzi huu ulifungua tawi jipya linaloitwa bioelectronics, ambayo inatafuta ufumbuzi zaidi na zaidi wa kiufundi wa miniature kwa ajili ya kusisimua mwili ili kuibua majibu yaliyopangwa kwa uangalifu. Mbinu bado ni changa. Kwa kuongeza, kuna wasiwasi mkubwa juu ya usalama wa nyaya za elektroniki. Hata hivyo, ikilinganishwa na dawa, ina faida kubwa.

Mnamo Mei 2014, Tracy aliambia New York Times kwamba teknolojia za kibioelectronic zinaweza kuchukua nafasi ya tasnia ya dawa kwa mafanikio na kurudia mara nyingi katika miaka ya hivi karibuni.

Kampuni aliyoanzisha, SetPoint Medical (2), ilitumia kwanza tiba hiyo mpya kwa kikundi cha watu kumi na wawili wa kujitolea kutoka Bosnia na Herzegovina miaka miwili iliyopita. Vichocheo vidogo vya neva vya vagus ambavyo hutoa ishara za umeme vimepandikizwa kwenye shingo zao. Katika watu wanane, mtihani ulifanikiwa - maumivu ya papo hapo yalipungua, kiwango cha protini za uchochezi kilirudi kwa kawaida, na, muhimu zaidi, njia mpya haikusababisha madhara makubwa. Ilipunguza kiwango cha TNF kwa karibu 80%, bila kuiondoa kabisa, kama ilivyo kwa tiba ya dawa.

2. Chip Bioelectronic SetPoint Medical

Baada ya miaka ya utafiti wa kimaabara, mwaka wa 2011, SetPoint Medical, iliyowekezwa na kampuni ya dawa ya GlaxoSmithKline, ilianza majaribio ya kimatibabu ya vipandikizi vya kusisimua neva ili kupambana na magonjwa. Theluthi mbili ya wagonjwa katika utafiti ambao walikuwa na vipandikizi vya urefu wa zaidi ya sm 19 kwenye shingo iliyounganishwa na neva walipata uboreshaji, kupunguza maumivu na uvimbe. Wanasayansi wanasema huu ni mwanzo tu, na wana mipango ya kuwatibu kwa kuwasha umeme wa magonjwa mengine kama vile pumu, kisukari, kifafa, ugumba, unene na hata saratani. Kwa kweli, pia maambukizo kama vile COVID-XNUMX.

Kama dhana, bioelectronics ni rahisi. Kwa kifupi, hupeleka ishara kwa mfumo wa neva ambao huambia mwili kupona.

Walakini, kama kawaida, shida iko katika maelezo, kama vile tafsiri sahihi na tafsiri ya lugha ya umeme ya mfumo wa neva. Usalama ni suala jingine. Baada ya yote, tunazungumza juu ya vifaa vya elektroniki vilivyounganishwa bila waya kwenye mtandao (3), ambayo inamaanisha -.

Anavyoongea Anand Ragunatan, profesa wa uhandisi wa umeme na kompyuta katika Chuo Kikuu cha Purdue, bioelectronics "hunipa udhibiti wa mbali wa mwili wa mtu." Huu pia ni mtihani mzito. miniaturization, ikijumuisha mbinu za kuunganisha vyema kwenye mitandao ya niuroni ambazo zingeruhusu kupata kiasi kinachofaa cha data.

Chanzo 3vipandikizi vya ubongo vinavyowasiliana bila waya

Bioelectronics haipaswi kuchanganyikiwa na biocybernetics (yaani, cybernetics ya kibayolojia), wala kwa bionics (ambayo iliibuka kutoka kwa biocybernetics). Hizi ni taaluma tofauti za kisayansi. Kiashiria chao cha kawaida ni marejeleo ya maarifa ya kibaolojia na kiufundi.

Mabishano kuhusu virusi vyema vilivyoamilishwa kwa macho

Leo, wanasayansi wanaunda vipandikizi vinavyoweza kuwasiliana moja kwa moja na mfumo wa neva katika jaribio la kukabiliana na matatizo mbalimbali ya afya, kutoka kwa saratani hadi baridi ya kawaida.

Ikiwa watafiti wangefaulu na bioelectronics ikawa imeenea, mamilioni ya watu siku moja wangeweza kutembea na kompyuta zilizounganishwa na mifumo yao ya neva.

Katika uwanja wa ndoto, lakini sio kweli kabisa, kuna, kwa mfano, mifumo ya onyo ya mapema ambayo, kwa kutumia ishara za umeme, hugundua mara moja "ziara" ya ugonjwa kama huo mwilini na silaha za moja kwa moja (za dawa au hata nanoelectronic) ndani yake. . mchokozi hadi atakaposhambulia mfumo mzima.

Watafiti wanatatizika kutafuta njia ambayo itaelewa mawimbi kutoka kwa mamia ya maelfu ya niuroni kwa wakati mmoja. Usajili na uchanganuzi sahihi ni muhimu kwa bioelectronicsili wanasayansi waweze kutambua kutofautiana kati ya ishara za msingi za neural kwa watu wenye afya na ishara zinazozalishwa na mtu mwenye ugonjwa fulani.

Mbinu ya kitamaduni ya kurekodi ishara za neva ni kutumia vichunguzi vidogo vyenye elektrodi ndani, vinavyoitwa. Mtafiti wa saratani ya tezi dume, kwa mfano, anaweza kupachika vibano kwenye mishipa inayohusishwa na tezi dume kwenye panya mwenye afya na kurekodi shughuli hiyo. Vile vile vinaweza kufanywa na kiumbe ambaye kibofu chake kilikuwa kimebadilishwa vinasaba ili kutokeza uvimbe mbaya. Kulinganisha data mbichi ya njia zote mbili kutaamua jinsi ishara za neva ziko tofauti kwenye panya na saratani. Kulingana na data kama hiyo, mawimbi ya kurekebisha yanaweza kuratibiwa kuwa kifaa cha kielektroniki cha kutibu saratani.

Lakini wana hasara. Wanaweza tu kuchagua seli moja kwa wakati mmoja, ili wasikusanye data ya kutosha ili kuona picha kubwa. Anavyoongea Adam E. Cohen, profesa wa kemia na fizikia katika Harvard, "ni kama kujaribu kuona opera kupitia majani."

Cohen, mtaalam katika uwanja unaokua unaoitwa optogenetics, inaamini kuwa inaweza kushinda mapungufu ya patches za nje. Utafiti wake unajaribu kutumia optogenetics kufafanua lugha ya neural ya ugonjwa. Shida ni kwamba shughuli za neva hazitokani na sauti za neurons za kibinafsi, lakini kutoka kwa orchestra nzima inayofanya kazi kwa uhusiano na kila mmoja. Kutazama moja baada ya nyingine hakukupi mtazamo kamili.

Optogenetics ilianza katika miaka ya 90 wakati wanasayansi walijua kwamba protini zinazoitwa opsins katika bakteria na mwani huzalisha umeme wakati wa mwanga. Optogenetics hutumia utaratibu huu.

Jeni za opsin huingizwa kwenye DNA ya virusi visivyo na madhara, ambavyo hudungwa kwenye ubongo wa mhusika au neva ya pembeni. Kwa kubadilisha mpangilio wa kijeni wa virusi, watafiti hulenga niuroni maalum, kama vile zile zinazohusika na kuhisi baridi au maumivu, au maeneo ya ubongo yanayojulikana kuwajibika kwa vitendo au tabia fulani.

Kisha, fiber ya macho inaingizwa kupitia ngozi au fuvu, ambayo hupitisha mwanga kutoka kwenye ncha yake hadi mahali ambapo virusi iko. Mwangaza kutoka kwa nyuzi za macho huwezesha opsin, ambayo kwa upande wake hufanya malipo ya umeme ambayo husababisha neuroni "kuwaka" (4). Kwa hivyo, wanasayansi wanaweza kudhibiti athari za mwili wa panya, na kusababisha usingizi na uchokozi kwa amri.

4. Neuroni kudhibitiwa na mwanga

Lakini kabla ya kutumia opsins na optogenetics kuamsha neurons zinazohusika na magonjwa fulani, wanasayansi wanahitaji kuamua sio tu ni neuroni zinazohusika na ugonjwa huo, lakini pia jinsi ugonjwa unavyoingiliana na mfumo wa neva.

Kama kompyuta, niuroni huzungumza lugha ya binary, na kamusi kulingana na ikiwa ishara yao imewashwa au imezimwa. Mpangilio, vipindi vya muda na ukubwa wa mabadiliko haya huamua jinsi habari inavyopitishwa. Hata hivyo, ikiwa ugonjwa unaweza kuchukuliwa kuzungumza lugha yake mwenyewe, mkalimani anahitajika.

Cohen na wenzake waliona kuwa optogenetics inaweza kushughulikia hilo. Kwa hivyo walianzisha mchakato kinyume - badala ya kutumia mwanga kuwezesha neurons, wanatumia mwanga kurekodi shughuli zao.

Opsins inaweza kuwa njia ya kutibu kila aina ya magonjwa, lakini wanasayansi wanaweza kuhitaji kuunda vifaa vya kielektroniki ambavyo havitumii. Utumiaji wa virusi vilivyobadilishwa vinasaba hautakubalika kwa mamlaka na jamii. Kwa kuongeza, njia ya opsin inategemea tiba ya jeni, ambayo bado haijapata mafanikio ya kushawishi katika majaribio ya kliniki, ni ghali sana na inaonekana kubeba hatari kubwa za afya.

Cohen anataja njia mbili mbadala. Mojawapo inahusishwa na molekuli ambazo hufanya kama opsins. Ya pili hutumia RNA kubadilishwa kuwa protini inayofanana na opsin kwa sababu haibadilishi DNA, kwa hivyo hakuna hatari za matibabu ya jeni. Bado shida kuu kutoa mwanga katika eneo hilo. Kuna miundo ya vipandikizi vya ubongo na leza iliyounganishwa, lakini Cohen, kwa mfano, anaona kuwa inafaa zaidi kutumia vyanzo vya mwanga vya nje.

Kwa muda mrefu, bioelectronics (5) huahidi suluhisho la kina kwa matatizo yote ya afya yanayowakabili wanadamu. Hili ni eneo la majaribio sana kwa sasa.

Walakini, bila shaka inavutia sana.