Gezielte Schüsse im Krankenstand

Wir suchen nach einem wirksamen Medikament und Impfstoff gegen das Coronavirus und seine Infektion. Derzeit verfügen wir nicht über Medikamente mit nachgewiesener Wirksamkeit. Es gibt jedoch einen anderen Weg, Krankheiten zu bekämpfen, der eher mit der Welt der Technologie als mit Biologie und Medizin zu tun hat ...

Im Jahr 1998, d.h. zu einer Zeit, als der amerikanische Entdecker Kevin Tracy (1), der seine Experimente an Ratten durchführte, konnte kein Zusammenhang zwischen dem Vagusnerv und dem Immunsystem im Körper beobachtet werden. Eine solche Kombination galt als nahezu unmöglich.

Aber Tracy war sich seiner Existenz sicher. Er schloss einen tragbaren elektrischen Impulsstimulator an den Nerv des Tieres an und behandelte es mit wiederholten „Injektionen“. Anschließend verabreichte er der Ratte TNF (Tumor-Nekrose-Faktor), ein Protein, das sowohl bei Tieren als auch beim Menschen mit Entzündungen in Verbindung gebracht wird. Das Tier hätte sich innerhalb einer Stunde akut entzünden müssen, doch bei der Untersuchung wurde festgestellt, dass TNF zu 75 % blockiert war.

Es stellte sich heraus, dass das Nervensystem als Computerterminal fungierte, mit dem man eine Infektion entweder verhindern konnte, bevor sie begann, oder ihre Entwicklung stoppen konnte.

Richtig programmierte elektrische Impulse, die auf das Nervensystem wirken, können die Wirkung teurer Medikamente ersetzen, die für die Gesundheit des Patienten wichtig sind.

Körperfernsteuerung

Diese Entdeckung eröffnete eine neue Niederlassung namens Bioelektronik, die nach immer miniaturisierten technischen Lösungen sucht, um den Körper zu stimulieren, um sorgfältig geplante Reaktionen hervorzurufen. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Darüber hinaus bestehen ernsthafte Bedenken hinsichtlich der Sicherheit elektronischer Schaltkreise. Im Vergleich zu Arzneimitteln hat es jedoch enorme Vorteile.

Im Mai 2014 erzählte Tracy der New York Times das Bioelektronische Technologien können die Pharmaindustrie erfolgreich ersetzen und hat dies in den letzten Jahren oft wiederholt.

Das von ihm gegründete Unternehmen SetPoint Medical (2) setzte die neue Therapie vor zwei Jahren erstmals bei einer Gruppe von zwölf Freiwilligen aus Bosnien und Herzegowina ein. Ihnen wurden winzige Vagusnervstimulatoren in den Hals implantiert, die elektrische Signale aussenden. Bei acht Personen war der Versuch erfolgreich – die akuten Schmerzen ließen nach, der Spiegel entzündungsfördernder Proteine ​​normalisierte sich und, was am wichtigsten ist, die neue Methode verursachte keine schwerwiegenden Nebenwirkungen. Es reduzierte den TNF-Spiegel um etwa 80 %, ohne ihn vollständig zu beseitigen, wie es bei der Pharmakotherapie der Fall ist.

2. Bioelektronischer Chip von SetPoint Medical

Nach Jahren der Laborforschung begann SetPoint Medical, in das das Pharmaunternehmen GlaxoSmithKline investierte, im Jahr 2011 mit klinischen Versuchen mit nervenstimulierenden Implantaten zur Bekämpfung von Krankheiten. Zwei Drittel der Patienten in der Studie, die Implantate mit einer Länge von mehr als 19 cm im Nacken hatten, die mit dem Vagusnerv verbunden waren, erlebten eine Verbesserung, eine Verringerung der Schmerzen und Schwellungen. Wissenschaftler sagen, dass dies erst der Anfang ist, und sie planen, sie mit elektrischer Stimulation bei anderen Krankheiten wie Asthma, Diabetes, Epilepsie, Unfruchtbarkeit, Fettleibigkeit und sogar Krebs zu behandeln. Natürlich auch Infektionen wie COVID-XNUMX.

Als Konzept ist Bioelektronik einfach. Kurz gesagt, es sendet Signale an das Nervensystem, die den Körper anweisen, sich selbst zu reparieren.

Das Problem liegt jedoch wie immer im Detail, wie der richtigen Interpretation und Übersetzung der elektrischen Sprache des Nervensystems. Sicherheit ist ein weiteres Thema. Schließlich handelt es sich um elektronische Geräte, die drahtlos mit einem Netzwerk verbunden sind (3), das heißt -.

Die Art, wie er spricht Anand Raghunathan, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik an der Purdue University, „ermöglicht mir die Bioelektronik, den Körper einer Person fernzusteuern.“ Auch das ist ein ernstzunehmender Test Miniaturisierung, einschließlich Methoden zur effizienten Verbindung mit Netzwerken von Neuronen, die die Erfassung angemessener Datenmengen ermöglichen würden.

3. Gehirnimplantate, die drahtlos kommunizieren

Bioelektronik sollte nicht verwechselt werden mit Biokybernetik (also der biologischen Kybernetik) noch mit der Bionik (die aus der Biokybernetik hervorgegangen ist). Dabei handelt es sich um eigenständige wissenschaftliche Disziplinen. Ihr gemeinsamer Nenner ist der Bezug auf biologisches und technisches Wissen.

Kontroverse um gute optisch aktivierte Viren

Heute entwickeln Wissenschaftler Implantate, die direkt mit dem Nervensystem kommunizieren können, um eine Vielzahl von Gesundheitsproblemen zu bekämpfen, von Krebs bis hin zu Erkältungen.

Wenn die Forscher Erfolg hatten und sich die Bioelektronik verbreitete, könnten eines Tages Millionen Menschen mit Computern herumlaufen, die an ihr Nervensystem angeschlossen sind.

Im Reich der Träume, aber nicht ganz unrealistisch, gibt es beispielsweise Frühwarnsysteme, die mithilfe elektrischer Signale den „Besuch“ eines solchen Coronavirus im Körper sofort erkennen und Waffen (pharmakologisch oder sogar nanoelektronisch) darauf richten . Angreifer, bis er das gesamte System angreift.

Forscher kämpfen darum, eine Methode zu finden, die Signale von Hunderttausenden Neuronen gleichzeitig versteht. Genaue Aufzeichnung und Analyse sind für die Bioelektronik unerlässlichdamit Wissenschaftler Diskrepanzen zwischen den grundlegenden neuronalen Signalen gesunder Menschen und den Signalen einer Person mit einer bestimmten Krankheit erkennen können.

Der traditionelle Ansatz zur Aufzeichnung neuronaler Signale besteht darin, winzige Sonden mit darin befindlichen Elektroden zu verwenden. Ein Prostatakrebsforscher könnte beispielsweise Klemmen an einem Nerv anbringen, der mit der Prostata einer gesunden Maus verbunden ist, und die Aktivität aufzeichnen. Das Gleiche könnte mit einer Kreatur geschehen, deren Prostata genetisch verändert wurde, um bösartige Tumore zu erzeugen. Durch den Vergleich der Rohdaten beider Methoden lässt sich feststellen, wie unterschiedlich die neuronalen Signale bei krebskranken Mäusen sind. Basierend auf solchen Daten könnte wiederum ein Korrektursignal in ein bioelektronisches Gerät zur Krebsbehandlung programmiert werden.

Aber sie haben Nachteile. Sie können jeweils nur eine Zelle auswählen und sammeln daher nicht genügend Daten, um das Gesamtbild zu sehen. Die Art, wie er spricht Adam E. Cohen, Professor für Chemie und Physik in Harvard, „ist, als würde man versuchen, eine Oper durch einen Strohhalm zu sehen.“

Cohen, ein Experte auf einem aufstrebenden Gebiet namens Optogenetik, glaubt, dass es die Einschränkungen externer Patches überwinden kann. Seine Forschung versucht, mithilfe der Optogenetik die neuronale Sprache von Krankheiten zu entschlüsseln. Das Problem besteht darin, dass die neuronale Aktivität nicht von den Stimmen einzelner Neuronen ausgeht, sondern von einem ganzen Orchester, das in Beziehung zueinander steht. Wenn Sie sie einzeln betrachten, erhalten Sie keinen ganzheitlichen Überblick.

Die Optogenetik begann in den 90er Jahren, als Wissenschaftler wussten, dass Proteine, sogenannte Opsine, in Bakterien und Algen Elektrizität erzeugen, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Die Optogenetik macht sich diesen Mechanismus zunutze.

Die Opsin-Gene werden in die DNA eines harmlosen Virus eingefügt, das dann in das Gehirn oder den peripheren Nerv des Probanden injiziert wird. Durch die Veränderung der genetischen Sequenz des Virus zielen Forscher auf bestimmte Neuronen ab, beispielsweise auf solche, die für Kälte- oder Schmerzgefühle verantwortlich sind, oder auf Bereiche des Gehirns, von denen bekannt ist, dass sie für bestimmte Handlungen oder Verhaltensweisen verantwortlich sind.

Dann wird eine optische Faser durch die Haut oder den Schädel eingeführt, die von ihrer Spitze aus Licht an den Ort überträgt, an dem sich das Virus befindet. Licht aus der optischen Faser aktiviert das Opsin, das wiederum eine elektrische Ladung leitet, die das Neuron zum „Aufleuchten“ bringt (4). Auf diese Weise können Wissenschaftler die Reaktionen von Mäusen steuern und auf Befehl Schlaf und Aggression auslösen.

4. Lichtgesteuertes Neuron

Doch bevor Opsine und Optogenetik zur Aktivierung von Neuronen eingesetzt werden, die an bestimmten Krankheiten beteiligt sind, müssen Experten nicht nur feststellen, welche Neuronen für die Krankheit verantwortlich sind, sondern auch, wie die Krankheit mit dem Nervensystem interagiert.

Genau wie Computer sprechen Neuronen binäre Sprache, mit einem Wörterbuch, das darauf basiert, ob ihr Signal ein- oder ausgeschaltet ist. Die Reihenfolge, der Zeitpunkt und die Intensität dieser Veränderungen bestimmen die Art und Weise, wie Informationen übermittelt werden. Wenn jedoch davon ausgegangen werden kann, dass eine Krankheit ihre eigene Sprache spricht, ist ein Übersetzer erforderlich.

Cohen und seine Kollegen waren der Meinung, dass die Optogenetik damit umgehen könnte. Deshalb haben sie den Prozess umgekehrt konzipiert: Anstatt Licht zur Aktivierung von Neuronen zu verwenden, verwenden sie Licht, um ihre Aktivität aufzuzeichnen.

Opsine könnten eine Möglichkeit sein, alle möglichen Krankheiten zu behandeln, aber Wissenschaftler müssen wahrscheinlich bioelektronische Geräte entwickeln, die sie nicht nutzen. Der Einsatz gentechnisch veränderter Viren wird für Behörden und Gesellschaft inakzeptabel werden. Darüber hinaus basiert der Opsin-Ansatz auf einer Gentherapie, die in klinischen Studien noch keine überzeugenden Erfolge erzielt hat, sehr teuer ist und offenbar ernsthafte Gesundheitsrisiken mit sich bringt.

Cohen nennt zwei Alternativen. Bei einem davon handelt es sich um Moleküle, die sich wie Opsine verhalten. Bei der zweiten Methode wird RNA zur Umwandlung in ein Opsin-ähnliches Protein verwendet, da es die DNA nicht verändert und daher keine Risiken einer Gentherapie bestehen. Und doch das Hauptproblem sorgt für Licht in der Umgebung. Es gibt Ausführungen von Gehirnimplantaten mit eingebautem Laser, Cohen beispielsweise hält es jedoch für sinnvoller, externe Lichtquellen zu verwenden.

Langfristig verspricht die Bioelektronik (5) eine umfassende Lösung aller Gesundheitsprobleme der Menschheit. Dies ist derzeit ein sehr experimentelles Gebiet.

Es ist jedoch zweifellos sehr interessant.