Uderzając w książki: czy możemy skłonić nasze mózgi do zdrowszego życia?

drTerapie stymulacji mózgu eep okazały się nieocenioną opcją leczenia pacjentów z innymi wyniszczającymi chorobami, takimi jak choroba Parkinsona. Jednak one i ich siostrzana technologia, interfejsy mózg-komputer, mają obecnie poważną wadę: elektrody, które przekształcają impulsy elektronowe w sygnały bioelektryczne, nie dopasowują się dobrze do otaczającej tkanki mózgowej. I tu właśnie pojawiają się ludzie w fartuchach laboratoryjnych niosący kałamarnice! W Jesteśmy elektryczni: przez 200 lat poszukiwań kodu bioelektrycznego naszych ciał i co przyniesie przyszłośćI Autorka Sally Addy zagłębia się w dwa wieki badań nad często źle rozumianą gałęzią odkryć naukowych i prowadzi czytelników od przełomowej pracy Alessandro Volty do ratujących życie zastosowań, które mogą stać się możliwe, gdy lekarze nauczą się komunikować bezpośrednio z komórkami naszego ciała.

Przyjęty z Jesteśmy elektryczni: przez 200 lat poszukiwań kodu bioelektrycznego naszych ciał i co przyniesie przyszłość przez Sally Addy. Copyright © 2023. Dostępne w Hachette Books, wydawnictwie Hachette Book Group, Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.

utracony sens po tłumaczeniu

„Istnieje fundamentalna asymetria między sprzętem, który napędza naszą gospodarkę informacyjną, a tkankami w układzie nerwowym” – powiedział Bettinger. krawędź w 2018 r. „Twój telefon komórkowy i komputer wykorzystują elektrony i przekazują je tam iz powrotem jako podstawową jednostkę informacji. Neurony wykorzystują jednak jony, takie jak sód i potas. Jest to ważne, ponieważ, aby dokonać prostej analogii, oznacza to, że potrzebujesz tłumaczyć język”.

„Jednym z błędnych określeń w tej dziedzinie jest to, że pompuję prąd przez te elektrody” — wyjaśnia Kip Ludwig. – Nie, jeśli robię to dobrze, nie robię tego. Elektrony, które przemieszczają się przez platynowy lub tytanowy drut do implantu, nigdy nie docierają do tkanki mózgowej. Zamiast tego ustawiają się na słupie. Powoduje to ładunek ujemny, który przyciąga jony z otaczających neuronów. „Jeśli odciągnę wystarczającą ilość jonów od tkanki, spowoduje to otwarcie kanałów jonowych bramkowanych napięciem” – mówi Ludwig. To może – choć nie zawsze – sprawić, że pożar nerwów stanie się znośnym wysiłkiem. Nabierz nerwów do ognia. To wszystko – to twój jedyny ruch.

Choć może to zabrzmieć sprzecznie z intuicją: układ nerwowy działa na potencjałach czynnościowych, więc dlaczego nie miałaby działać próba zastąpienia naszych własnych potencjałów czynnościowych potencjałem mózgu? Problem, mówi Ludwig, polega na tym, że nasze próby zapisania potencjałów czynnościowych mogą być niezwykle niezdarne. Nie zawsze robią to, co myślimy, że robią. Po pierwsze, nasze narzędzia nie są wystarczająco precyzyjne, aby trafiać tylko w neurony, które próbujemy stymulować. Tak więc implant znajduje się pośrodku skupiska różnych komórek, pochłaniając i aktywując niepowiązane neurony swoim polem elektrycznym. Pamiętasz, jak powiedziałem, że komórki glejowe były tradycyjnie uważane za laskę obronną mózgu? Cóż, ostatnio wykazano, że one również przetwarzają informacje – a nasze niezgrabne elektrody również je odpalą, z nieznanym skutkiem. „To jak wyciągnięcie korka z wanny i próba przesunięcia jednej z trzech zabawkowych łódek w kąpieli” – mówi Ludwig. I nawet jeśli uda nam się trafić w neurony, które próbujemy zrobić, nie ma gwarancji, że bodziec trafi w nie we właściwe miejsce.

Aby wprowadzić elektryczność do medycyny, naprawdę potrzebujemy lepszych technologii komunikacji z komórkami. Jeśli bariera językowa elektron-jon jest przeszkodą w komunikowaniu się z neuronami, to jest to absolutnie niezasadne dla komórek, które nie wykorzystują potencjałów czynnościowych, takich jak te, na które próbujemy nakierować interwencje elektryczne nowej generacji, w tym skórę komórki, komórki kości i reszta. Jeśli chcemy kontrolować napięcie błonowe komórek nowotworowych, aby przywrócić im normalne zachowanie; Jeśli chcemy wepchnąć prąd z rany do komórek skóry lub kości; Jeśli chcemy kontrolować los komórki macierzystej – nic z tego nie można osiągnąć za pomocą naszego jedynego narzędzia, dzięki któremu ogień nerwowy stanie się potencjałem czynnościowym. Potrzebujemy większego zestawu narzędzi. Na szczęście taki jest cel szybko rozwijającej się dziedziny badań, której celem jest tworzenie urządzeń, elementów komputerowych i przewodów, które mogą rozmawiać z jonami w ich ojczystym języku.

Kilka grup badawczych pracuje nad „przewodnictwem hybrydowym”, projektem, którego celem są urządzenia, które mogą mówić o bioelektryczności. W dużym stopniu opierają się na zaawansowanych tworzywach sztucznych i polimerach o długich nazwach, które często zawierają znaki interpunkcyjne i cyfry. Jeśli celem jest elektroda DBS, którą można trzymać w mózgu przez ponad dziesięć lat, materiały te będą musiały bezpiecznie oddziaływać z natywnymi tkankami ciała znacznie dłużej niż obecnie. To jeszcze nie koniec poszukiwań. Zrozumiałe jest, że ludzie zaczynają pytać: dlaczego nie pominiemy pośredników i nie zrobimy tych rzeczy z materiałów biologicznych zamiast z polimerów? Dlaczego nie dowiedzieć się, jak to robi natura?

To już było wypróbowane. W latach 70. XX wieku było duże zainteresowanie stosowaniem przeszczepów kości koralowej zamiast autoprzeszczepów. Zamiast bolesnej podwójnej operacji polegającej na pobraniu niezbędnej tkanki kostnej z innej części ciała, koralowe implanty działały jak rusztowanie, umożliwiające wzrost nowych komórek kostnych organizmu i utworzenie nowej kości. Koral jest naturalnym przewodnikiem kostnym, co oznacza, że ​​nowe komórki kostne szczęśliwie ślizgają się po nim i znajdują odpowiednie miejsce do rozmnażania. Jest również biodegradowalny: po wyrośnięciu na nim kości koral jest stopniowo wchłaniany, metabolizowany, a następnie wydalany przez organizm. Stała poprawa skutkowała kilkoma reakcjami zapalnymi lub powikłaniami. Obecnie istnieje wiele firm zajmujących się hodowlą koralowców, które specjalizują się w przeszczepach kości i przeszczepach.

Po sukcesie koralowców ludzie zaczęli bliżej przyglądać się morskim źródłom niezbędnych materiałów. Dziedzina ta szybko się rozwija – dzięki nowym metodom przetwarzania umożliwiającym pozyskiwanie tak wielu użytecznych materiałów z tego, co kiedyś było tylko odpadami morskimi, w ostatniej dekadzie zaobserwowano rosnącą liczbę biomateriałów pochodzących z organizmów morskich. Należą do nich alternatywne źródła żelatyny (ślimaki), kolagenu (meduzy) i keratyny (gąbki), które występują w obfitych, biokompatybilnych i biodegradowalnych źródłach morskich. I to nie tylko wewnątrz ciała – jednym z powodów zwiększonego zainteresowania tymi rzeczami jest próba ucieczki od zanieczyszczenia syntetycznymi tworzywami sztucznymi.

Oprócz wszystkich innych zalet strużki pochodzącej z morza, jest również w stanie przewodzić prąd jonowy. To właśnie miał na myśli Marco Rolandi w 2010 roku, kiedy on i jego koledzy z University of Washington wykonali tranzystor z kawałka mątwy.