Z električnimi dražljaji dosegli izražanje posameznih genov

Novo in izjemno obetajoče odkritje prihaja iz Švice. Njihovim raziskovalcem je uspelo, da so z električnimi dražljaji uspeli doseči izražanje posameznih genov.

Čeprav se zdi kot znanstvena fantastika, utegne sistem za nadzor izražanja genov od zunaj kmalu postati resničnost. Foto: Bigstock

Skupini raziskovalcev iz ETH Zurich je uspelo prvič v zgodovini uporabiti električni tok za neposredno nadziranje izražanja genov. Njihovo delo daje osnovo za medicinske vsadke, ki jih je mogoče vklopiti in izklopiti z uporabo elektronskih naprav zunaj telesa. Odkritje obeta popolnoma novo dobo pri zdravljenju številnih bolezni, vendar bo bo potrebnih še precej kliničnih testov, preden bo sistem uporaben pri ljudeh.

Znanstvena fantastika postaja resničnost

Čeprav se zdi kot znanstvena fantastika, utegne sistem za nadzor izražanja genov od zunaj kmalu postati resničnost. Skupina raziskovalcev pod vodstvom Martina Fusseneggerja, profesorja biotehnologije in bioinženiringa na Oddelku za biosistemske znanosti in inženiring na ETH Zurich, je razvila prototip takšnega vsadka. Njihova študija je tudi prva, ki je preučila, kako se lahko gensko izražanje neposredno aktivira in regulira z uporabo električnih signalov. Pri preizkušanju prototipa na miših so ugotovili, da deluje brezhibno.

Prototip vsadka, ki omogoča izražanje genov ob električni stimualciji. Foto: ETH Zurich

Bogate izkušnje z razvojem genetskih mrež in vsadkov

Ekipa ETH Zurich ima sicer bogate izkušnje z razvojem genetskih mrež in vsadkov, ki se odzivajo na posebna fiziološka stanja v telesu – na primer na previsoko raven lipidov v krvi ali na prenizko raven krvnega sladkorja. Čeprav se taka omrežja odzivajo na biokemične dražljaje, jih je mogoče obvladovati tudi z alternativnimi zunanjimi vplivi, kot je svetloba. “Dolgo smo želeli neposredno nadzorovati gensko izražanje z uporabo električne energije, in zdaj nam je končno uspelo,” pravi Fussenegger.

Praktični primer delovanja – sladkorna bolezen

Takole bi sistem deloval pri sladkornih bolnikih. Naprava, ki vsebuje celice, ki proizvajajo inzulin in elektronsko krmilno enoto, je vsajena v telo bolnika. Takoj, ko zaužije hrano in se mu krvni sladkor dvigne, lahko z uporabo aplikacije na svojem pametnem telefonu sproži električni signal Kmalu zatem celice sprostijo potrebno količino inzulina za uravnavanje ravni sladkorja v krvi.

Ključna elementa tiskano vezje in kapsula s celicami

Implantat, ki so ga zasnovali raziskovalci, je sestavljen iz več delov. Najpomembnejša sta tiskano vezje (PCB), ki je sprejemnik in krmilna elektronika, ter kapsula, ki vsebuje človeške celice. Tiskano vezje s kapsulo povezuje miniaturni kabel. Radijski signal zunaj telesa aktivira elektroniko v vsadku, ki nato odda električne signale neposredno celicam. Električni signali spodbujajo posebno kombinacijo kalcijevih in kalijevih kanalov; posledično to sproži signalno kaskado v celici, ki nadzoruje gen inzulina. Inzulin se naloži v vezikle, električni signali pa aktivirajo celično membrano. Inzulin se sprosti v nekaj minutah.

On interneta stvari do interneta telesa

“Naš vsadek bi lahko povezali s kibernetskim vesoljem,” nove možnosti razvoja razlaga Fussenegger. Zdravniki ali pacienti bi lahko s pomočjo aplikacije neposredno ali celo preko interneta intervenirali in sprožili določen proces v telesu – takoj, ko bi implantat posredoval potrebne podatke. “Takšna naprava bi ljudem omogočila, da se v celoti vključijo v digitalni svet in postanejo del interneta stvari – ali celo interneta telesa,” pravi Fussenegger. Kaj pa potencialno tveganje napadov hekerjev? “Ljudje že nosijo srčne spodbujevalnike, ki so teoretično ranljivi za kibernetske napade, vendar imajo te naprave dovolj zaščite. Visoko raven zaščite bomo vključili tudi v naše svoje vsadke,” odgovarja Fussenegger.

Pred raziskovalci še precej izzivov

Vendar je pred raziskovalci še veliko dela, preden bo vsadek uporaben za ljudi. Da bi zagotovili, da celicam in genom ne povzročajo škode, morajo opraviti nadaljnje raziskave največje jakosti toka, ki ga je mogoče uporabiti. Optimizirati morajo tudi povezavo med elektroniko in celicami. Še ena ovira, ki jo je potrebno premagati, je iskanje lažjega in bolj priročnega načina zamenjave celic. Slednjega je potrebno izvesti približno vsake tri tedne.

PUSTITE KOMENTAR

Prosimo vpišite svoj komentar!
Prosimo vpišite svoje ime tukaj