Η καινοτόμος έρευνα αντιπροσωπεύει «τον κρίκο που λείπει που θα επιτρέψει σε φορητές συσκευές να ελέγχουν τα γονίδια στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον», λένε οι ερευνητές
Συνήθως όταν οι επιστήμονες λένε ότι ανακάλυψαν κάτι σήμερα, το έχουν κάνει εδώ και πολύ καιρό, ακόμα και δεκαετίες, απλά έρχεται η στιγμή η «ανακάλυψη» να γίνει αντικείμενο εμπορικής εκμετάλλευσης. Και τις περισσότερες φορές, το χάπι χρυσώνεται λέγοντας ότι θα έχει εφαρμογή στην υγεία, μην πάει και ο νου σας στο κακό…
Oι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι τα ανθρώπινα γονίδια μπορούν να ελεγχθούν με ηλεκτρισμό, μια σημαντική ανακάλυψη που θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο προς φορητές συσκευές που προγραμματίζουν τα γονίδια να πραγματοποιούν ιατρικές παρεμβάσεις, αναφέρει μια νέα μελέτη.
Σε ένα νέο πείραμα, oι ερευνητές μπόρεσαν να ενεργοποιήσουν την παραγωγή ινσουλίνης στα ανθρώπινα κύτταρα στέλνοντας ηλεκτρικά ρεύματα μέσω μιας «ηλεκτρογενετικής» διεπαφής που ενεργοποιεί στοχευμένα γονίδια. Μελλοντικές εφαρμογές αυτής της διεπαφής θα μπορούσαν να αναπτυχθούν για την παροχή θεραπευτικών δόσεων για τη θεραπεία ενός ευρέος φάσματος καταστάσεων, συμπεριλαμβανομένου του διαβήτη, ελέγχοντας άμεσα το ανθρώπινο DNA με ηλεκτρισμό.
Επί του παρόντος, υπάρχει έκρηξη του ενδιαφέροντος για ιατρικά wearables, τα οποία είναι φορητές τεχνολογίες με επίκεντρο την υγεία, όπως ιχνηλάτες γυμναστικής, βιοαισθητήρες, συσκευές παρακολούθησης αρτηριακής πίεσης και φορητές συσκευές ηλεκτροκαρδιογραφήματος.
Τα έξυπνα wearables έχουν γίνει απαραίτητο εργαλείο για πολλούς γιατρούς και ασθενείς, ωθώντας τους ερευνητές να συνεχίσουν να αναπτύσσουν νέες πλατφόρμες για τη συλλογή ιατρικών δεδομένων ή ακόμη και την εκτέλεση ιατρικών παρεμβάσεων.
Τώρα, οι επιστήμονες με επικεφαλής τον Jinbo Huang, έναν μοριακό βιολόγο στο ETH Zürich, έχουν εφεύρει μια διεπαφή τροφοδοτούμενη με μπαταρία που ονομάζουν «τεχνολογία ρύθμισης που ενεργοποιείται από συνεχές ρεύμα (the direct current (DC)-actuated regulation technology)» ή DART, που μπορεί να προκαλέσει συγκεκριμένες γονιδιακές αποκρίσεις με ηλεκτρικό ρεύμα. Ο Huang και οι συνεργάτες του περιέγραψαν τη συσκευή ως «ένα άλμα προς τα εμπρός, που αντιπροσωπεύει τον κρίκο που λείπει που θα επιτρέψει στα wearables να ελέγχουν τα γονίδια στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον», σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύτηκε τη Δευτέρα στο Nature.
«Τα ηλεκτρονικά και βιολογικά συστήματα λειτουργούν με ριζικά διαφορετικούς τρόπους και είναι σε μεγάλο βαθμό ασύμβατα λόγω της έλλειψης λειτουργικής διεπαφής επικοινωνίας», ανέφερε η ομάδα στη μελέτη. «Ενώ τα βιολογικά συστήματα είναι αναλογικά, προγραμματισμένα από τη γενετική, ενημερώνονται αργά από την εξέλιξη και ελέγχονται από ιόντα που ρέουν μέσω μονωμένων μεμβρανών, τα ηλεκτρονικά συστήματα είναι ψηφιακά, προγραμματίζονται από λογισμικό που μπορεί να ενημερώνεται εύκολα και ελέγχονται από ηλεκτρόνια που ρέουν μέσα από μονωμένα καλώδια».
«Οι ηλεκτρογενετικές διεπαφές που θα επέτρεπαν στις ηλεκτρονικές συσκευές να ελέγχουν την έκφραση των γονιδίων παραμένουν ο κρίκος που λείπει στην πορεία προς την πλήρη συμβατότητα και διαλειτουργικότητα του ηλεκτρονικού και του γενετικού κόσμου», πρόσθεσαν οι ερευνητές.
Έχοντας αυτό κατά νου, η ομάδα είχε στόχο να σφυρηλατήσει μια άμεση σύνδεση μεταξύ του «αναλογικού» μας DNA, που είναι το βιολογικό αλφάβητο που διέπει τους κύκλους ζωής όλων των οργανισμών στη Γη και τα ηλεκτρονικά συστήματα που αποτελούν τη βάση των ψηφιακών τεχνολογιών.
Η ίδια ομάδα στο ETH της Ζυρίχης είχε αρχικά αποδείξει ότι τα γονίδια θα μπορούσαν να ενεργοποιηθούν ηλεκτρικά ως μέρος μιας μελέτης που δημοσιεύθηκε το 2020.
Αυτός ο νέος τροποποιημένος σχεδιασμός απλοποιεί τον αρχικό σχεδιασμό με την εμφύτευση ανθρώπινων παγκρεατικών κυττάρων σε ποντίκια με διαβήτη τύπου 1. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ηλεκτρικά διεγερτικές βελόνες βελονισμού για να ενεργοποιήσουν τα ακριβή γονίδια που εμπλέκονται στη ρύθμιση των δόσεων ινσουλίνης, μιας ορμόνης που είναι απαραίτητη για τη θεραπεία του διαβήτη. Ως συνέπεια, οι συγκεντρώσεις γλυκόζης στο αίμα των ποντικών μοντέλου επέστρεψαν στα φυσιολογικά επίπεδα.
Ο Huang και οι συνεργάτες του είπαν ότι αυτή η ηλεκτρική ρύθμιση της έκφρασης γονιδίων θηλαστικών θέτει το έδαφος για «ηλεκτροελεγχόμενη γονιδιακή έκφραση με βάση τη φορητή δυνατότητα σύνδεσης ιατρικών παρεμβάσεων με ένα Διαδίκτυο του σώματος ή το Διαδίκτυο των πραγμάτων», σύμφωνα με τη μελέτη.
«Ενώ επιλέξαμε την ελεγχόμενη με DART παραγωγή ινσουλίνης για επικύρωση απόδειξης της ιδέας, θα πρέπει να είναι απλό να συνδέσουμε τον έλεγχο DART με την in situ παραγωγή και δοσολογία ενός ευρέος φάσματος βιοφαρμακευτικών προϊόντων», κατέληξε η ομάδα.
«Πιστεύουμε ότι απλές ηλεκτρογενετικές διεπαφές όπως το DART που διασυνδέουν λειτουργικά αναλογικά βιολογικά συστήματα με ψηφιακές ηλεκτρονικές συσκευές δίνουν μεγάλες υποσχέσεις για μια ποικιλία μελλοντικών θεραπειών που βασίζονται σε γονίδια και κύτταρα».