Filip.Freeman

Когда Илон Маск представил проект Neuralink, по вживлению чипов в мозг, то суть презентации была даже не в самом чипе. Нюанс в том, что мало сделать просто «классный» чип, важно облегчить саму процедуру имплантации, чтобы она была чем-то вроде визита к стоматологу. Ученые из MIT пошли еще дальше, разработав нейрочипы, которые доставляются в мозг внутри кровотока, а попадают в организм через инъекцию. Приоритетная цель – лечение психических заболеваний. Но, кто знает.

Чипы в мозг через инъекции

Группа исследователей Массачусетского технологического института (MIT) в течение последних шести лет совершенствовала и объединяла несколько передовых технологий, чтобы создать революционную платформу для лечения широкого спектра неврологических и психических заболеваний. Готовый продукт не только эффективнее традиционных методов, но и исключает необходимость в сложных процедурах, сопряженных с рисками для здоровья.

Технологию назвали Circulatronics. Её суть – в совместном использовании электроники и биологической транспортной системы для имплантации биоэлектроники в организм. Это полностью исключает необходимость хирургического вмешательства, и вместе с тем эквивалентна эффективности современных форм лечения.

Технология основана на использовании целенаправленной электростимуляции мозга при различных заболеваниях. В последние годы сам подход по использованию электростимуляции применяется для лечения болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и опухолей головного мозга.

Сложности электрической стимуляции мозга

Обычно для электростимуляции участков мозга, или даже для мониторинга активности для выявления очага эпилепсии, требуется инвазивная операция по вживлению электродов в мозг. А это сопряжено с риском инфицирования и возможного повреждения мозговой ткани. Кроме того, такие операции дороги и труднодоступны, а ведь неврологическим расстройствам потенциально подвержены примерно 3 миллиарда человек.

Интегрированная технология полностью устраняет озвученные проблему. Вместо чипа используются беспроводные электронные устройства субклеточного размера (БЭУ), которые можно доставить в мозг с помощью инъекции в руку. После инъекции эти крошечные чипы автономно имплантируются в целевые области мозга и самостоятельно получают энергию, стимулируя пораженные участки.

Циркулатроника, как технология, описана в этой статье. Старший автор статьи Деблина Саркар возглавляет Лабораторию нанокибернетического биотрека в Массачусетском технологическом институте и сотрудничала в работе с другими исследователями из Массачусетского технологического института, колледжа Уэллсли и Гарвардского университета. Её прямая речь доступна в этом видео.

Чипы, мозг и транспортная система

Суть циркулатроники сразу в двух технологиях, которые удалось объединить в одном проекте. Это и технологический аспект самих частиц, способных реагировать под внешними стимулами. И их интеграция в биологические процессы организма.

Чипы SWED для стимуляции зон мозга

Во-первых, сами чипы [SWED], размер которых просто крошечный. Если проводить сравнения, то один чип – это примерно одна миллиардная часть рисового зерна. Они изготовлены из слоёв органических полупроводниковых полимеров, расположенных между металлическими слоями. Достаточно крошечные, чтобы прикрепиться к циркулирующей клетке крови.

SWED разработаны для беспроводного сбора энергии, используя преобразование света в электричество. Это значит, что их можно запитать от внешнего источника света, например, от лазера ближнего инфракрасного диапазона, свет которого может проходить сквозь череп.

Эти устройства способны сверхточно стимулировать глубокие зоны головного мозга. При этом устройства способны генерировать электричество в пределах нано-ватт, за счет чего и осуществляется стимуляция мозга.

Интеграция с бионикой

Чтобы направить SWED в мозг, их объединяют с клетками иммунитета – моноцитами, а полученный продукт и есть гибрид органики и электроники. Эти клетки способны безопасно преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и естественным образом стремятся к очагам воспалений.

Именно воспалительные процессы рассматриваются все чаще, как потенциальная мишень для терапии многих неврологических заболеваний. В частности, именно воспаления служат маркером истонченности того же ГЭБа, разгоняя симптомы шизофрении. А приоритетные теории рассматривают депрессию как результат не просто «перебоя в нейромедиаторах», а системное воспаление в мозге. Причем физические нагрузки объясняют корреляцию со снижением воспалений и улучшением самочувствия.

Поэтому гибрид техники и органики естественным образом находит путь к очагам воспалений в мозге, имплантируется в них и приступает к работе. При этом, что самое главное, он без вредя для ГЭБа проходит через него, не подвергаясь атаке со стороны иммунной системы организма. А дальше чипы самостоятельно имплантируются в целевые области мозга.

Глубинная стимуляция мозга и нейроимпланты

После имплантации гибридного устройства в целевую область SWED активируется лазером извне. Никаких проводов, никакой необходимости «сверлить череп». Свет лазера вызывает электрическую стимуляцию, необходимую для целенаправленной коррекции активности нейронов в очень небольшой целевой области мозга. А весь этот процесс называется фокальной нейромодуляцией.

Саму технологию тестировали в два этапа на мышах, чтобы убедиться в безопасности и эффективности концепции. Сперва тестировалась именно доставка чипов к очагам воспалений. Для этого исследователи сначала создали небольшую воспалённую область в глубине мозга мышей.

Гибридов вводили непосредственно в кровеносную систему мышей. И после 72 часов ожидания, необходимых для того, чтобы гибридные импланты смогли добраться до клетки и имплантироваться, ученые обнаружили, что большая часть экспериментальных электронных компонентов успешно достигла очага воспаления.

Затем мышей с успешно имплантированными гибридными чипами подвергли беспроводной оптической стимуляции с помощью лазера ближнего инфракрасного спектра. Исследователи искали c-Fos, белок, который служит маркером новых активных клеток мозга, чтобы проверить эффективность стимуляции. Итого, у мышей с имплантированными гибридными чипами четко обозначилось большее количество активированных c-Fos-положительных клеток мозга. Более того, активация была очень сфокусированной, в пределах всего 30 мкм от воспаленной области.

Результат интеграции гибридных наночипов в мозг

Такая технология упрощает методы лечения, делая их доступнее для гораздо большего числа людей. Деблина Саркар и её команда продолжают развивать технологию Circulatronics, ориентируя гибридных ботов для лечения рака мозга, болезни Альцгеймера, хронической боли и других заболеваний. Ученые также изучают способы интеграции дополнительных наноэлектронных схем в свои SWED. Это позволит наладить сенсорику, а в перспективе и создание синтетических электронных нейронов. Взамен нейронов из алмазов или обратно-построенных мемристоров, в которых уже клетки мозга млекопитающих рассматриваются как элемент для процессоров.

Ученые также рассматривают технологию куда шире, чем «лечение неврологических заболеваний». Потенциал куда шире, и этот рой гибридных чипов можно направить на другие органы вплоть до установки беспроводных кардиостимуляторов.

Когда технологию можно будет использовать на практике? Ученые передали наработки в стартап Cahira Technologies, отделившийся от Массачусетского технологического института. Усилия бизнес-команды направлены на то, чтобы Циркулатроника в течение трёх лет прошла клинические испытания. Ещё несколько лет потребуется на процедуру одобрения, прежде чем технология станет коммерчески доступной. Да, это займёт какое-то время, и перспективы того стоят.

Традиционно, больше материалов про тонкую грань между современной наукой и фантастикой, с ссылками на исследования – вы найдете в сообществе Neural Hack. У нас еще не технологическая Сингулярность, но её отсюда видно.

Мой интерес к науке и технологиям начался со страха смерти и приступов пароксизмальной тахикардии в 17 лет. При этом экстрасистолы и аритмии я улавливал с полувздоха, и тут же загонялся в панику «вот и всё». Поэтому искал везде где только можно информацию о продлении жизни, биохакинге, практиках и принципах как не помереть. В начале я избегал кофе, избытка соли, питался «правильно» и дико ошибался в каждом из этих выборов) Сегодня, в день выпиваю 5-8 эспрессо, а приступ последний раз был лет 7 назад. Когда и перешел на ежедневный кофе. Что ж, новое исследование показывает, что в этом был смысл.

Кофеин и сердце

Кофеин оказывает на сердце влияние, противоположное распространенным мифам. Учёные обнаружили, что чашка кофе в день на самом деле защищает сердце от фибрилляции предсердий — состояния, которое может привести к инсульту и сердечной недостаточности.

Исследователи из Университета Аделаиды и Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) провели рандомизированное клиническое исследование с участием 200 взрослых пациентов из Австралии, США и Канады с Фибрилляцией Предсердий (ФП), чтобы изучить влияние кофе на перебои в ритме сердца. В течение шести месяцев 100 участников выпивали как минимум одну чашку кофе или порцию эспрессо в день, в то время как остальные 100 воздерживались от всех видов кофе и кофеина. Все участники находились под постоянным наблюдением, и любые эпизоды ФП подтверждались электрокардиограммами и врачами.

Результаты удивили даже медицинских работников, участвовавших в первом в мире подобном исследовании.

Комментарий исследователей

Результаты оказались поразительными. Вопреки общепринятому мнению, мы обнаружили, что у любителей кофе наблюдалось значительное снижение частоты ФП по сравнению с теми, кто избегал кофе и кофеина.

Это удивительно, поскольку противоречит распространённому мнению врачей и пациентов о том, что кофе ухудшает нарушения сердечного ритма, такие как ФП. Врачи всегда рекомендовали пациентам с проблемой ФП минимизировать потребление кофе, но это исследование показывает, что кофе не только безопасен, но и, вероятно, обладает защитным эффектом.

Фибрилляция предсердий и кофе

ФП – это нарушение сердечного ритма, которое начинается в верхних камерах сердца (предсердиях), нарушая нормальное кровообращение. Это состояние может вызывать головокружение, усталость и учащенное сердцебиение, а может стать более серьёзным нарушением и привести к сердечной недостаточности, инсульту и даже смерти. Более 10 миллионов взрослых в США страдают этим заболеванием в течение длительного времени, что тянет за собой риски гипертонии, ожирения и других сердечно-сосудистых заболеваний. Кофеин – постоянный объект в списках продуктов, которых эксперты рекомендуют избегать.

В исследовании DECAF (помогает ли отказ от кофе избежать фибрилляции предсердий) исследователи обнаружили, что кофеин привел к снижению риска повторных эпизодов ФП на 39% по сравнению с результатами выборки, в которой воздерживались от кофеина. И у ученых есть несколько теорий относительно того, почему та происходит.

«Кофе повышает физическую активность, и одно только это снижает частоту ФП. Кофеин также остается мочегонным средством, которое потенциально может снижать артериальное давление и, следовательно, уменьшать риск ФП. Некоторые другие ингредиенты кофе также обладают противовоспалительными свойствами, которые могут оказывать положительный эффект».

От себя лично напомню, что чашка кофе с утра – особенно хороша за счет нестандартного воздействия на рецепторы.

Как люди пьют кофе?

По данным Национальной кофейной ассоциации США, около двух третей взрослых выпивают хотя бы одну чашку кофе в день, и учёные давно интересуются его потенциальной пользой и вредом. В последние годы проводились исследования, чтобы выяснить, может ли кофе способствовать улучшению работы мозга и когнитивных функций, сохранению активности при старении и, конечно же, здоровью сердца. Стоит упомянуть и про извечную битву: кофе с сахаром vs кофе без сахара.

Как уже упоминалось, кофе считается триггером ФП. Но скорее всего, придется пересмотреть эту точку зрения, основываясь на результатах нового масштабного исследования. Тем не менее, по-прежнему считается, что ФП в основном обусловлено образом жизни, включая рацион, и может быть результатом ожирения, апноэ во сне, диабета и семейного анамнеза ФП.

Хотя исследователи отмечают, что кофе не является панацеей от ФП, он на самом деле может принести некоторую пользу — и, по крайней мере, его не следует заносить в черный список или считать причиной этого состояния.

Поэтому повторю свой старый слоган: любите пить кофе и вам хорошо – пейте, любите и вам от него плохо – не пейте, не любите и вам без него плохо – попробуйте, не пьете кофе и вам без него хорошо – продолжайте в том же духе, вы большой молодец!

Традиционно, больше материалов про особенности организма и способы подобрать ключи к продуктивности, здоровью и счастью – читайте в сообществе Neural Hack. Заглядывайте, чтобы нащупать пути к лучшей версии себя!

Примерно 6-10 лет назад область редактирования генома гудела от возможностей CRISPR. Это были генетические ножницы, помогающие как вырезать дефектные части из ДНК, так и дополнять спираль генами извне. Вот только применять CRISPR это как стрелять из снайперской винтовки через оживленную улицу. Пуля-то попадет в цель в любом случае, но очень высока вероятность, что она затронет невинных жертв. Поэтому бактериальные ретроны выглядят как потенциальная альтернатива редактирования генома. Или даже аугментации видов, чем биотех не шутит?

Мутанты не среди нас. Мы и есть мутанты

Да-да-да, все мы мутанты, и речь не только о виде Homo sapiens sapiens, как о плоде эволюции. Нам потребовалось примерно 4,5 миллиардов лет мутаций, и вот отдельные скопления триллионов клеток стали прямоходящими людьми с возведенной цивилизацией. Вот только эволюция не остановилась, а системно продолжает «происходить».

В контексте клеточных мутаций важно понимать один базовый принцип. Если проводить аналогию между делением клеток и ремонтом дома, то случайное пятно краски или погнутый карниз не были бы чем-то критичным. А вот дырявая крыша, окна без стекол и угарный газ из печи – это реальные угрозы.

Именно поэтому метод редактирования генома, разработанный Техасским университетом в Остине и основанный на исследованиях Гарвардского университета, вселяет новую надежду. Используя бактериальные ретроны, этот метод устраняет сразу ряды мутаций. Это гораздо эффективнее, чем предыдущие методы редактирования генов. Так как те успешно подавляли разовые мутации, но были бессильны против дополнительных мутаций, отличимых от первой.

Ретроны, бактерии и редактирование генома

Грубо говоря, ретроны – это бактериальные иммунные системы. Они помогают выживать колониям, уничтожая отдельные бактерии, заражённые вирусами. Ретронная терапия строится вокруг замены длинных участков опасных мутаций здоровыми фрагментами ДНК.

В статье, недавно опубликованной в журнале Nature Biotechnology, ведущий автор Джесси Д. Баффингтон, соавтор Илья Финкельштейн и коллеги подробно изложили принципы передовой технологии редактировании генов. Технология дает надежду людям, страдающим от многочисленных заболеваний, связанных с множественными генетическими мутациями.

Один из целевых недугов – болезнь Тея-Сакса, которая преимущественно поражает людей ашкеназского происхождения, разрушая нейроны головного и спинного мозга. Инфантильная форма болезни Тея-Сакса проявляется в возрасте от трёх до шести месяцев, нарушая контроль за крупной моторикой, затем прогрессирует до судорог, глухоты и паралича, а к пяти годам приводит к смерти.

Ещё одно мультимутационное заболевание — муковисцидоз. Муковисцидоз поражает около 162 000 человек во всём мире, и примерно половина из них умирает до достижения 39-летнего возраста.

Новый инструмент генетической терапии

Как заявил соавтор Финкельштейн в пресс-релизе UTA: «Мы хотим демократизировать генную терапию, создав готовые инструменты, которые могут вылечить большую группу пациентов за один укол», что влечет за собой снижение затрат на разработку и упрощение пути к клиническому одобрению, поскольку «с точки зрения регулирования, вам нужно одно одобрение FDA под один препарат».

Редактирование генов занимает лидирующие позиции в области медицинских вмешательств, уже применяемых в США для лечения различных видов рака, спинальной мышечной атрофии, редкой потери зрения, серповидноклеточной анемии, мышечной дистрофии, гемофилии, буллезного лейкоза (вызывающего истончение кожи и образование волдырей) и бета-талассемии (требующей частых переливаний эритроцитов).

Клинические испытания редактирования генов в настоящее время направлены на лечение заболеваний органов и кровеносных сосудов, а также различных инфекционных заболеваний. Как в свое время и пептиды использовались для лечения болезней, пока не стали неотъемлемым элементом спортивных соревнований.

От лечения заболеваний до усовершенствования организма

Прорывная ретронная терапия Баффингтона-Финкельштейна и их коллег – часть усилий по уменьшению страданий, снижению медицинских расходов за счет излечения, а не постоянного купирования болезней, а также увеличению продолжительности и качества жизни.

В будущем ретроны и другие технологии редактирования генов могут сделать больше, чем просто уменьшить и устранить страдания. Они могли бы фактически «перестраивать» наши «дома-тела», причем не просто наводя косметический ремонт, а пересобирая с самого фундамента.

Это подтверждают ранние эксперименты, о которых сообщалось газете Washington University Medicine. В ходе генетической терапии удалось нарастить значительную мышечную массу у мышей и «снизить тяжесть остеоартрита у мышей, даже если те прекращали тренировки», одновременно предотвратив ожирение, «даже когда мыши питались пищей с высоким содержанием жиров».

Конечно, программы «генетической реновации» еще даже не обсуждаются, но их зарождение уже видно. А обзорная площадка наступления дивного нового мира, в котором технологии сливаются с биологией и ведут к сингулярности – сообщество Neural Hack. Добро пожаловать!