Tiri ben mirati in malattia

Stiamo cercando una cura e un vaccino efficaci per il coronavirus e la sua infezione. Al momento non disponiamo di farmaci di provata efficacia. Esiste però un altro modo per combattere le malattie, più legato al mondo della tecnologia rispetto alla biologia e alla medicina...

Nel 1998, cioè in un momento in cui un esploratore americano, Kevin Tracy (1), ha condotto i suoi esperimenti sui ratti, non è stata osservata alcuna connessione tra il nervo vago e il sistema immunitario nel corpo. Una tale combinazione era considerata quasi impossibile.

Ma Tracy era sicura dell'esistenza. Ha collegato uno stimolatore di impulsi elettrici portatile al nervo dell'animale e lo ha trattato con ripetuti "colpi". Ha quindi somministrato al ratto TNF (fattore di necrosi tumorale), una proteina associata all'infiammazione sia negli animali che nell'uomo. L'animale avrebbe dovuto infiammarsi acutamente entro un'ora, ma all'esame è stato riscontrato che il TNF era bloccato del 75%.

Si è scoperto che il sistema nervoso ha agito come un terminale di computer, con il quale è possibile prevenire l'infezione prima che inizi o interromperne lo sviluppo.

Impulsi elettrici correttamente programmati che colpiscono il sistema nervoso possono sostituire gli effetti di farmaci costosi e non indifferenti alla salute del paziente.

Telecomando del corpo

Questa scoperta ha aperto una nuova filiale chiamata bioelettronica, che è alla ricerca di soluzioni tecniche sempre più in miniatura per stimolare il corpo al fine di evocare risposte attentamente pianificate. La tecnica è ancora agli albori. Inoltre, ci sono serie preoccupazioni per la sicurezza dei circuiti elettronici. Tuttavia, rispetto ai prodotti farmaceutici, ha enormi vantaggi.

Nel maggio 2014, Tracy lo ha detto al New York Times le tecnologie bioelettroniche possono sostituire con successo l'industria farmaceutica e ripetuto spesso negli ultimi anni.

La società da lui fondata, SetPoint Medical (2), ha applicato per la prima volta la nuova terapia a un gruppo di dodici volontari della Bosnia ed Erzegovina due anni fa. Nei loro colli sono stati impiantati piccoli stimolatori del nervo vago che emettono segnali elettrici. In otto persone, il test ha avuto successo: il dolore acuto è diminuito, il livello delle proteine ​​​​pro-infiammatorie è tornato alla normalità e, soprattutto, il nuovo metodo non ha causato gravi effetti collaterali. Ha ridotto il livello di TNF di circa l'80%, senza eliminarlo completamente, come nel caso della farmacoterapia.

2. Chip bioelettronico SetPoint Medical

Dopo anni di ricerche di laboratorio, nel 2011 SetPoint Medical, in cui ha investito l'azienda farmaceutica GlaxoSmithKline, ha iniziato la sperimentazione clinica di impianti neurostimolanti per combattere le malattie. Due terzi dei pazienti nello studio che avevano impianti più lunghi di 19 cm nel collo collegati al nervo vago hanno sperimentato un miglioramento, una riduzione del dolore e del gonfiore. Gli scienziati affermano che questo è solo l'inizio e hanno in programma di curarli mediante stimolazione elettrica di altre malattie come l'asma, il diabete, l'epilessia, l'infertilità, l'obesità e persino il cancro. Naturalmente, anche infezioni come il COVID-XNUMX.

Come concetto, la bioelettronica è semplice. In breve, trasmette segnali al sistema nervoso che dicono al corpo di riprendersi.

Tuttavia, come sempre, il problema sta nei dettagli, come la corretta interpretazione e traduzione del linguaggio elettrico del sistema nervoso. La sicurezza è un altro problema. Dopotutto, stiamo parlando di dispositivi elettronici collegati in modalità wireless a una rete (3), il che significa -.

Mentre parla Anand Ragunatan, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Purdue University, la bioelettronica "mi dà il controllo remoto del corpo di qualcuno". Anche questo è un test serio. miniaturizzazione, compresi i metodi per connettersi in modo efficiente a reti di neuroni che consentirebbero di ottenere quantità adeguate di dati.

Impianti Source 3Brain che comunicano in modalità wireless

La bioelettronica non va confusa con biocibernetica (cioè la cibernetica biologica), né con la bionica (che è nata dalla biocibernetica). Queste sono discipline scientifiche separate. Il loro comune denominatore è il riferimento alle conoscenze biologiche e tecniche.

Polemica sui buoni virus attivati ​​otticamente

Oggi gli scienziati stanno creando impianti in grado di comunicare direttamente con il sistema nervoso nel tentativo di combattere vari problemi di salute, dal cancro al comune raffreddore.

Se i ricercatori avessero successo e la bioelettronica si diffondesse, milioni di persone potrebbero un giorno essere in grado di camminare con i computer collegati al loro sistema nervoso.

Nel regno dei sogni, ma non del tutto irrealistici, ci sono, ad esempio, sistemi di allerta precoce che, utilizzando segnali elettrici, rilevano istantaneamente la "visita" di un tale coronavirus nel corpo e dirigono armi (farmacologiche o anche nanoelettroniche) su di esso . aggressore fino a quando non attacca l'intero sistema.

I ricercatori stanno lottando per trovare un metodo in grado di comprendere i segnali di centinaia di migliaia di neuroni contemporaneamente. Registrazione e analisi accurate essenziali per la bioelettronicain modo che gli scienziati possano identificare le incongruenze tra i segnali neurali di base nelle persone sane e i segnali prodotti da una persona con una particolare malattia.

L'approccio tradizionale alla registrazione dei segnali neurali consiste nell'utilizzare minuscole sonde con elettrodi all'interno, chiamate. Un ricercatore sul cancro alla prostata, ad esempio, può attaccare dei morsetti a un nervo associato alla prostata in un topo sano e registrare l'attività. Lo stesso potrebbe essere fatto con una creatura la cui prostata è stata geneticamente modificata per produrre tumori maligni. Il confronto dei dati grezzi di entrambi i metodi determinerà quanto sono diversi i segnali nervosi nei topi con cancro. Sulla base di tali dati, un segnale correttivo potrebbe a sua volta essere programmato in un dispositivo bioelettronico per il trattamento del cancro.

Ma hanno degli svantaggi. Possono selezionare solo una cella alla volta, quindi non raccolgono dati sufficienti per vedere il quadro generale. Mentre parla Adam E. Cohen, professore di chimica e fisica ad Harvard, "è come cercare di vedere l'opera attraverso una cannuccia".

Cohen, un esperto in un campo in crescita chiamato optogenetica, ritiene di poter superare i limiti delle patch esterne. La sua ricerca tenta di utilizzare l'optogenetica per decifrare il linguaggio neurale della malattia. Il problema è che l'attività neurale non proviene dalle voci dei singoli neuroni, ma da un'intera orchestra di loro che agiscono in relazione l'uno con l'altro. La visualizzazione uno per uno non ti dà una visione olistica.

L'optogenetica è iniziata negli anni '90 quando gli scienziati sapevano che le proteine ​​chiamate opsine nei batteri e nelle alghe generano elettricità se esposte alla luce. L'optogenetica utilizza questo meccanismo.

I geni dell'opsina vengono inseriti nel DNA di un virus innocuo, che viene poi iniettato nel cervello o nel nervo periferico del soggetto. Modificando la sequenza genetica del virus, i ricercatori prendono di mira neuroni specifici, come quelli responsabili della sensazione di freddo o dolore, o aree del cervello note per essere responsabili di determinate azioni o comportamenti.

Quindi, una fibra ottica viene inserita attraverso la pelle o il cranio, che trasmette la luce dalla sua punta al punto in cui si trova il virus. La luce della fibra ottica attiva l'opsina, che a sua volta conduce una carica elettrica che fa "accendere" il neurone (4). Pertanto, gli scienziati possono controllare le reazioni del corpo dei topi, provocando sonno e aggressività a comando.

4. Neurone controllato dalla luce

Ma prima di utilizzare le opsine e l'optogenetica per attivare i neuroni coinvolti in determinate malattie, gli scienziati devono determinare non solo quali neuroni sono responsabili della malattia, ma anche come la malattia interagisce con il sistema nervoso.

Come i computer, i neuroni parlano linguaggio binario, con un dizionario in base al fatto che il loro segnale sia attivo o meno. L'ordine, gli intervalli di tempo e l'intensità di questi cambiamenti determinano il modo in cui le informazioni vengono trasmesse. Tuttavia, se si può ritenere che una malattia parli la propria lingua, è necessario un interprete.

Cohen e i suoi colleghi ritenevano che l'optogenetica potesse gestirlo. Quindi hanno sviluppato il processo al contrario: invece di usare la luce per attivare i neuroni, usano la luce per registrare la loro attività.

Le opsine potrebbero essere un modo per curare tutti i tipi di malattie, ma gli scienziati probabilmente dovranno sviluppare dispositivi bioelettronici che non li utilizzino. L'uso di virus geneticamente modificati diventerà inaccettabile per le autorità e la società. Inoltre, il metodo opsin si basa sulla terapia genica, che non ha ancora ottenuto un successo conclusivo negli studi clinici, è molto costoso e sembra comportare gravi rischi per la salute.

Cohen menziona due alternative. Uno di questi è associato a molecole che si comportano come opsine. Il secondo utilizza l'RNA per essere convertito in una proteina simile all'opsina perché non cambia il DNA, quindi non ci sono rischi di terapia genica. Eppure il problema principale fornendo luce nella zona. Esistono progetti per impianti cerebrali con un laser integrato, ma Cohen, ad esempio, ritiene più appropriato utilizzare sorgenti luminose esterne.

A lungo termine, la bioelettronica (5) promette una soluzione completa a tutti i problemi di salute che l'umanità deve affrontare. Questa è un'area molto sperimentale al momento.

Tuttavia, è innegabilmente molto interessante.