Utrolig: En gruppe israelske forskere har utviklet en enhet som bruker menneskelige hjernebølger til å fjernstyre DNA-baserte nanoroboter - når disse nanorobotene var inne i en levende kakerlakk. Å adlyde den mentale ordenen til en person, åpner skallet på roboten, som en østers, og frigjør et medikamentmolekyl som styrer kakerlakkcellens fysiologi.
Til tross for at dette er "bare en demonstrasjon og bevis på konseptet", åpner denne teknologien for oss en ny æra av neurokomputer-nano-grensesnitt, som knytter en persons mentale tilstand til en bioaktiv belastning, som stoffer. Fremtidige behandlinger basert på en slik prototype kan gjøre betydelige fremskritt i behandlingen av schizofreni, depresjon eller andre psykiske lidelser: medisiner vil bare bli aktivert når pasientens hjernebølger viser tegn på unormalitet.
Kjører positiv tenkning
Arbeidet ble publisert i den akademiske tidsskriftet PLoS One.
Å hacke en kakerlakks kroppsfunksjoner med tankekraften er ganske interessant i seg selv, men forskere har utviklet teknologien med et annet mål i tankene: å løse det irriterende problemet med levering av narkotika.
Det er ekstremt vanskelig å levere medisiner der det er nødvendig, spesielt når det gjelder hjernens indre arbeid.
Når en person svelger en nevroaktiv pille (for eksempel Adderall eller Ritalin), begynner de aktive ingrediensene å sirkulere gjennom kroppen. Noen blir umiddelbart ødelagt av leveren, noe som gjør dem mindre effektive, mens andre bryter gjennom blodet, noen ganger forårsaker bivirkninger. Forskere har forsøkt å omgå dette problemet ved å kapsle medisiner i forskjellige tablettbelegg eller geler med forsinket frigjøring. Men selv disse systemene er ikke fullt håndterbare, da det ikke er noen måte å stenge dem når skallet er fjernet.
Kampanjevideo:
For flere år siden kom en gruppe Harvard-forskere ledet av George Church med en veldig eksotisk løsning: nanoroboter basert på origami fra DNA.
Skjell som bløtdyr, disse nanoskala-robotene består av kjeder av syntetiske DNA-molekyler som innkapsler en legemiddelnyttelast til det er på tide å frigjøre dem. I motsetning til tabletter med kontrollert frigjøring er stoffet fysisk festet til skallet, så det vil aldri være fysisk gratis og vandre rundt i kroppen. I stedet frigjøres nyttelasten når "muslingen" åpnes; lukk vasken og blokker medisinen umiddelbart.
Åpningen av nanoroboten skjer på grunn av arbeidet til to låser, som hver er representert av en spesiell DNA-streng kalt en aptamer, som binder seg til et målmolekyl - en reseptor på overflaten av kreftceller, for eksempel. Når aptamer låser seg på et mål, åpner skallet og frigjør en verdifull last.
"Disse nanoroboter er det første systemet som kommer i nærheten av å håndtere terapeutiske molekyler," skriver israelske forskere i sitt arbeid. Men det kreves at vi finner bestemte molekylære mål - til stede i syke, men ikke i normal tilstand - og binder roboter til dem. Når det gjelder kreftceller, er dette veldig vanskelig. Med psykiske lidelser - og helt umulig.
For at DNA-baserte nanoroboter skal fungere under disse forholdene, er det behov for andre kontrollmodi.
Og dette førte forskere til ideen: Siden psykiske lidelser ofte ledsages av tydelige tegn på unormal hjerneaktivitet, som er lett å se på EEG, kan vi kanskje bruke hjernebølger til å kontrollere nanoroboter og frigjøre medisiner?
Mind Over Matter
For å teste ideen deres, bygde forskerne et enkelt, men proof-of-concept-system som kan optimaliseres ytterligere for faktisk klinisk bruk.
Først trente de en algoritme for å skille EEG-mønstre fra mennesker i ro eller utføre kraftig mentalt arbeid. De koblet deretter et fluorescerende molekyl - en nyttelast - til robot-DNA, og merket det med jern-nanopartikler, og injiserte det i kroppene til levende kakerlakker plassert i elektromagnetiske spoler.
Jernanopartikler er viktige: i likhet med aptamerene i forrige eksempel, fungerer de som låser som styrer robotens DNA.
Personen tar på seg en EEG-hjelm, setter seg ved siden av systemet og, på forespørsel, slapper den mentalt av eller løser matematiske problemer. Hjernebølger dekodes i sanntid og brukes til å endre tilstanden til den elektromagnetiske spolen, og slå den på under beregningene. Skiftet i det elektromagnetiske feltet varmer opp jernnanopartiklene, de åpner "østersen" og frigjør et fluorescerende molekyl.
18 sekunder etter aktivering av feltet oppdaget forskerne fluorescens i kakerlakk, noe som bekreftet systemets funksjonalitet. Videre, når den menneskelige operatøren mentalt slappet av, lukket DNA-skallet og fluorescensen opphørte. Derfor har robotene blitt deaktivert.
"Disse resultatene viser vellykkede interaksjoner mellom testpersoner og robot-DNA i et levende dyr," konkluderte forfatterne.
Telepatisk terapi
Forfatterne mener at fremtidige prosjekter av deres teknologi kan brukes til å automatisk frigjøre medisiner hos mennesker når det er nødvendig.
Algoritmen kan trenes for å spore hjernens tilstand, som er assosiert med oppmerksomhetsunderskudd hyperaktivitetsforstyrrelse eller schizofreni, vel, eller til og med tilpasset behovene, sier studieforfatter Sachar Arnon. For eksempel, hvis en EEG oppdager tegn på en eskalerende episode av depresjon, kan den aktivere DNA-roboter som kort frigjør antidepressiva for å bekjempe symptomer før de blåser i hjernen. Dermed blir du ikke konstant badet i psykoaktive medisiner, spesielt hvis de ikke er nødvendige.
Ideen er futuristisk, og det er fortsatt mye arbeid som skal gjøres. Å overbevise den virkelige verden om å bruke denne tilnærmingen kan være spesielt utfordrende, sier studieforfatter Dr. Doron Friedman.
"Mens noen trender driver oss mot bærbar teknologi, er det fortsatt veldig vanskelig å måle EEG-signaler av høy kvalitet hos mennesker i hverdagen," forklarer Friedman. For å holde systemet i orden som planlagt, vurderer gruppen å bygge et lite EEG-apparat som kontinuerlig og ubarmhjertig vil overvåke hjernens aktivitet. Når det oppstår abnormiteter, aktiverer det en bærbar enhet - for eksempel smartklokker, briller eller smykker - for å skape et elektromagnetisk felt som trengs for å frigjøre medisiner.
Men selv å tyde hjerneaktivitet er vanskelig, innrømmer Friedman. For øyeblikket kan vi finne noen forskjeller i EEG hos pasienter med psykiske funksjonshemninger i laboratoriet. Men å lage en pålitelig nevromarkør som fungerer i sanntid er en annen sak helt. Imidlertid jobber de aktivt med etableringen.
Uansett er forskergruppen optimistisk med tanke på fremtiden for deres håndverk.
I studien brukte forskerne hjerneaktivitet som en utløser. Imidlertid bør andre parametere være like effektive når det gjelder å kontrollere DNA-roboter, og disse dataene blir mer og mer tilgjengelige. For eksempel er apper for hjerteovervåking allerede tilgjengelige for mobile enheter, og noen av dem lar deg spore blodsukker og andre biologiske parametere.
En slik enhet kan forenkle mange ting i livet vårt. Med bare tankekraften kan vi lansere en patrulje av DNA-roboter som vil frigjøre melatonin og håndtere søvnløshet, eller koffein for å muntre oss opp. Vi kunne til og med oppnå det ideelle rusnivået.
“Tenk deg å kunne levere den nøyaktige mengden alkohol som holder deg full, men holder deg lykkelig. Det er dumt, men det kan skje, sier Arnon.
ILYA KHEL
