Elektroceutyki - impulsy elektryczne skuteczniejsze niż leki!

Czy przyszłością medycyny - zamiast substancji chemicznych - staną się impulsy elektryczne? Czy zamiast przepisywać tabletki lub zastrzyki, lekarze będą wszczepiać maleńkie elektrody, oddziałujące na poszczególne włókna nerwowe? Czy elektroceutyki zastąpią farmaceutyki?

To wysoce prawdopodobne, skoro taki gigant farmaceutyczny, jak koncern GlaxoSmithKline (GSK) podjął bardzo poważne badania w dziedzinie bioelektroniki, czyli wykorzystywania impulsów elektrycznych do regulowania pracy ludzkich narządów. GSK finansuje badania interdyscyplinarne, prowadzone przez 40 naukowców w blisko 20 centrach badawczych. Specjalnie w tym celu otworzony został fundusz o wartości 50 milionów dolarów.

Co prawda, impulsy elektryczne stosuje się w medycynie już od dawna, lecz wciąż trudno mówić o precyzji w ich użyciu.

W 1933 roku dr Albert Hyman, kardiolog, opracował urządzenie wprowadzające izolowany przewód elektryczny do serca w celu potraktowania go impulsem elektrycznym, co miało zastąpić iniekcje leków bezpośrednio do mięśnia sercowego. Przyrząd ten otworzył drogę dla współcześnie stosowanych defibrylatorów.

Pierwszy rozrusznik serca wszczepiono w 1958 roku. Głęboka stymulacja mózgu za pomocą wszczepianych urządzeń przynosi ulgę osobom cierpiącym na chorobę Parkinsona. Wadą wszystkich tych urządzeń jest to, że nie działają wybiórczo, przez co oddziałują one bez potrzeby także na obszary nerwowe niezwiązane z danym schorzeniem, powodując niekorzystne efekty uboczne.

Badania naukowe ostatnich dekad otworzyły przed bioelektroniką zupełnie nowe perspektywy. Okazało się, że impulsy elektryczne mogą nie tylko wpływać bezpośrednio na pracę układu nerwowego, lecz za jego pośrednictwem mogą one regulować też, na przykład funkcjonowanie układu odpornościowego.

Prawie dwadzieścia lat temu neurochirurg Kevin Tracey prowadził badania nad nową substancją o działaniu przeciwzapalnym i przeciwobrzękowym. Wstrzykiwano ją do mózgu szczurów, by sprawdzić, na ile zmniejsza ona jego obrzęk podczas udaru.

Ku zaskoczeniu badaczy, lek, podawany w minimalnych ilościach, działał nie tylko miejscowo, lecz tłumił także reakcję układu odpornościowego w całym organizmie.

Oddziaływanie impulsów elektrycznych na układ odpornościowy.Oddziaływanie impulsów elektrycznych na układ odpornościowy

Jak się okazało, oddziaływanie leku na nerw błędny - prowadzący z mózgu aż do jamy brzusznej - powodowało zmniejszenie produkcji cytokin - białek biorących udział w odpowiedzi odpornościowej - i zahamowanie procesu zapalnego.

Jak to często bywa, przypadkowe odkrycie zaowocowało przełomem w badaniach. Naukowcy uświadomili sobie,że lek nie jest już niezbędny - wystarczy stymulacja samego nerwu, np. za pomocą impulsów elektrycznych.

Komórki nerwowe za pośrednictwem neuroprzekaźników (noradrenaliny) porozumiewają się z komórkami odpornościowymi w śledzionie, zwanymi limfocytami T, a te z kolei uwalniają inny neuroprzekaźnik - acetylocholinę - hamujący produkcję cytokin prozapalnych, takich jak czynnik martwicy nowotworów (TNF), w makrofagach.

U osób zdrowych poziom TNF nigdy nie przekracza normy, natomiast w chorobach autoimmunologicznych, takich jak np. reumatoidalne zapalenie stawów, jego produkcja może wymknąć się spod kontroli organizmu. Rezultatem jest dokuczliwy ból, stan zapalny, ograniczenie ruchomości i zniszczenie stawów. Leczenie farmakologiczne, polegające m.in. na podawaniu inhibitorów cytokin, często okazuje się nieskuteczne.

Nowa terapia stosowana przez firmę SetPoint Medical w reumatoidalnym zapaleniu stawów.

Nowa terapia stosowana przez firmę SetPoint Medical w reumatoidalnym zapaleniu stawów

Odkrycia Tracey’a niosły nadzieję dla osób cierpiących na to schorzenie. Założona przez niego firma, SetPoint Medical, dwa lata temu po raz pierwszy zastosowała nową terapię w grupie 12 ochotników z Bośni i Hercegowiny.

Wszczepiono im w szyję maleńkie stymulatory nerwu błędnego, emitujące sygnały elektryczne. U 8 z 12 osób próba uwieńczona została sukcesem: dotkliwy ból ustąpił, poziom białek prozapalnych powrócił do normy, a co najważniejsze - nowa metoda nie pociągała za sobą poważniejszych skutków ubocznych. Obniża ona poziom TNF o ok. 80%, a nie eliminuje go zupełnie, jak ma to miejsce w przypadku farmakoterapii.

To zaledwie jedna z wielu potencjalnych możliwości zastosowania bioelektroniki. Kolejne będą pojawiać się w miarę odkrywania nowych obwodów nerwowych, odpowiedzialnych za poszczególne funkcje organizmu i jego schorzenia. Rozwój technologii elektroceutyków to gigantyczne wyzwanie dla badaczy.

Po pierwsze, wymagać będzie stworzenia mapy nerwów i obszarów mózgu związanych z chorobami oraz określenia najwłaściwszych punktów interwencji. Trudno ocenić, na ile jest to w ogóle możliwe przy dzisiejszym stanie zaawansowania technologicznego i przy zachowaniu wymogu nieinwazyjności prac badawczych, a więc bez wkłuwania milionów elektrod w ludzkie mózgi.

Być może rozwiązaniem staną się nanourządzenia o rozmiarach pojedynczej komórki, zdolne do przekraczania bariery krew-mózg, choć możliwość odbierania od nich sygnałów wydaje się na razie problematyczna.

Poza mapą mózgu, niezbędne będzie również odszyfrowanie systemu sygnalizacji nerwowej, a więc ustalenie, jakie impulsy związane są ze zdrowiem i chorobą, i jakie schematy stymulacji przyniosą najlepsze skutki terapeutyczne. Te zadania wymagają współpracy specjalistów z wielu dziedzin: patologów, neurologów, bioinformatyków, bioinżynierów i nanotechnologów.

Możliwe, że w przyszłości uda się opracować "inteligentne" elektroceutyki, które będą w stanie na bieżąco analizować parametry fizjologiczne i w razie wykrycia nieprawidłowości wkraczać do akcji, odpowiednio stymulując wybrane włókna nerwowe.

Mózg i układ nerwowy

Mózg i układ nerwowy

Dziś jednak bioelektroniczne metody stymulacji nerwów znajdują się jeszcze w powijakach, choć już teraz jawią się ogromne perspektywy ich zastosowań w leczeniu takich schorzeń, jak choroby autoimmunologiczne, cukrzyca, przewlekłe dolegliwości przewodu pokarmowego, migrena, fibromialgia, depresja, zaburzenia metaboliczne i choroby układu sercowo-naczyniowego.

Do tej pory udało się ustalić, na przykład, że możliwe jest kontrolowanie nadciśnienia za pomocą sygnałów nerwu zatoki szyjnej i nerwu nerkowego. Firma Electrocore opracowała natomiast stymulator innych włókien nerwowych nerwu błędnego, pozwalający przeciwdziałać atakom astmy.

Jak wyjaśnia Tracey, "nerw przypomina transatlantycki kabel telefoniczny, złożony z mnóstwa pojedynczych przewodów." Urządzenie Electrocore stymuluje włókna nerwowe połączone z obszarem mózgu odpowiedzialnym za fizjologiczną reakcję na stress i panikę.

Impulsy elektryczne uruchamiają produkcję noradrenaliny, która tłumi reakcję neuronów, nie pozwalając im na obkurczanie dróg oddechowych, dzięki czemu atak astmy nie następuje.

Wbrew pozorom, stymulator Electrocore nie rozwiązuje jednak problemu astmy całkowicie. Pewne jej objawy, takie jak kaszel czy uczucie duszności, sterowane są przez inne włókna nerwowe w nerwie błędnym. Ich stymulacja wyzwala jednak również reakcję "walki lub ucieczki", przyspieszając rytm serca i oddychania, co może z kolei wywołać stan paniki i stać się czynnikiem wyzwalającym atak astmy.

Wielotorowe prace w dziedzinie bioelektroniki mogą zrewolucjonizować praktykę medyczną. Ale to nie wszystko. Mogą one też zmienić nasz dotychczasowy sposób myślenia o podstawowych prawach natury.

Najbardziej spektakularnym przykładem mogą tu być badania nad potencjałem elektrycznym komórek, jakie prowadzi dr Michael Levin z Tufts University w Medford w stanie Massachusetts. Michael Levin urodził się 45 lat temu w Moskwie. W latach 70-tych wyemigrował wraz z rodzicami do Stanów Zjednoczonych.

Od najmłodszych lat z równie wielką pasją poznawał tajniki biologii jak i programowania komputerowego, co zaowocowało ukończeniem dwóch fakultetów w Tufts University - biologii i informatyki. Będąc jeszcze nastolatkiem, Levin zafascynował się przypadkowo napotkaną w księgarni pozycją pt. "The Body Electric", której jednym z autorów był lekarz, Robert Becker.

Przedstawiona w niej historia eksperymentów nad wykorzystaniem elektryczności w regeneracji tkanek na długie lata stała się obsesją Levina i najwyraźniej zadecydowała o jego przyszłej karierze naukowej.

Chociaż już od stuleci uczeni wiedzieli, że komunikacja w obrębie układu nerwowego i mięśniowego odbywa się za pośrednictwem impulsów elektrycznych, dopiero od niedawna stało się jasne, że inne komórki również przechowują i przekazują informacje w postaci sygnałów elektrycznych.

Poza kodem genetycznym, posiadają one również kod bioelektryczny, sterujący procesem powstawania form żywych przez różnice potencjału wewnątrz i na zewnątrz ich błon komórkowych. Różnice te są skutkiem przepływu jonów pomiędzy komórką a otoczeniem.

Dr Levin postawił sobie za cel zbadanie, w jaki sposób ów kod bioelektryczny wpływa na różnicowanie komórek. Weźmy jako przykład kijankę we wczesnym stadium rozwoju, gdy szczegóły jej pyszczka nie są jeszcze wykształcone.

Komórki nie zróżnicowały się jeszcze w sposób widoczny, lecz niecałkowicie. Pewne jej objawy, takie jak kaszel czy uczucie duszności, sterowane są przez inne włókna nerwowe w nerwie błędnym.

Bibliografia

  1. www.gsk.com
  2. Electroceuticals: swapping drugs for devices, Olivia Solon, Science, 28 maja 2013,www.wired.co.uk
  3. The Healing Spark, Linda Geddes, New Scientist, 22 lutego 2014, str. 34-37.
  4. A jump-start for electroceuticals, Kristoffer Famm, Nature, vol. 496, 11 kwietnia 2013, str. 159- 161, www.syntheticneurobiology.org
  5. Could this man hold the secret to human regeneration?, Cynthia Graber, Matter, 2012, www.medium.com

Ich stymulacja wyzwala jednak również reakcję "walki lub ucieczki", przyspieszając rytm serca i oddychania, co może z kolei wywołać stan paniki i stać się czynnikiem wyzwalającym atak astmy.

Wielotorowe prace w dziedzinie bioelektroniki mogą zrewolucjonizować praktykę medyczną. Ale to nie wszystko. Mogą one też zmienić nasz dotychczasowy sposób myślenia o podstawowych prawach natury.

Najbardziej spektakularnym przykładem mogą tu być badania nad potencjałem elektrycznym komórek, jakie prowadzi dr Michael Levin z Tufts University w Medford w stanie Massachusetts. Michael Levin urodził się 45 lat temu w Moskwie. W latach 70-tych wyemigrował wraz z rodzicami do Stanów Zjednoczonych.

Od najmłodszych lat z równie wielką pasją poznawał tajniki biologii jak i programowania komputerowego, co zaowocowało ukończeniem dwóch fakultetów w Tufts University - biologii i informatyki.

Będąc jeszcze nastolatkiem, Levin zafascynował się przypadkowo napotkaną w księgarni pozycją pt. "The Body Electric", której jednym z autorów był lekarz, Robert Becker. Przedstawiona w niej historia eksperymentów nad wykorzystaniem elektryczności w regeneracji tkanek na długie lata stała się obsesją Levina i najwyraźniej zadecydowała o jego przyszłej karierze naukowej.

Chociaż już od stuleci uczeni wiedzieli, że komunikacja w obrębie układu nerwowego i mięśniowego odbywa się za pośrednictwem impulsów elektrycznych, dopiero od niedawna stało się jasne, że inne komórki również przechowują i przekazują informacje w postaci sygnałów elektrycznych.

Poza kodem genetycznym, posiadają one również kod bioelektryczny, sterujący procesem powstawania form żywych przez różnice potencjału wewnątrz i na zewnątrz ich błon komórkowych. Różnice te są skutkiem przepływu jonów pomiędzy komórką a otoczeniem.

Dr Levin postawił sobie za cel zbadanie, w jaki sposób ów kod bioelektryczny wpływa na różnicowanie komórek. Weźmy jako przykład kijankę we wczesnym stadium rozwoju, gdy szczegóły jej pyszczka nie są jeszcze wykształcone. Komórki nie zróżnicowały się jeszcze w sposób widoczny, lecz zbadanie ich potencjałów elektrycznych ujawnia obraz "rysów twarzy" kijanki, które dopiero się wykształcą. Ich kod bioelektryczny jest już zapisany i to on kierować będzie aktywnością genów.

Umiejętność manipulowania tym kodem mogłaby otworzyć niezwykłe możliwości biomedyczne - od regeneracji tkanek po zwalczanie nowotworów. Manipulacje potencjałem elektrycznym umożliwiają zdeterminowanie rozwoju komórek embrionalnych w wybranym kierunku, co w praktycznych eksperymentach pozwala np. wyhodować dodatkowe oko na tułowiu kijanki lub dodatkową głowę u płazińca.

Nie jest jednak celem badaczy stworzenie gabinetu osobliwości. Ich prace mogą otworzyć całkowicie nowe perspektywy w medycynie. Zespołowi dr. Levina udało się już uzyskać za pomocą odpowiednich gradientów elektrycznych regenerację amputowanej kończyny żaby, zanurzonej w roztworze związków nasilających przepływ jonów sodu do wnętrza komórek. W podobny sposób, stosując substancje wytwarzające kanały przepływu jonów, zahamowano wzrost guzów nowotworowych u kijanek. Obecnie trwają eksperymenty na gryzoniach.

Dr Levin stwierdził - Będąc dzieckiem, czytałem mnóstwo literatury science fiction. Nie spotkałem jednak zbyt wielu książek fantastyczno-naukowych, które byłyby równie szalone i niewyobrażalne, jak zjawiska odkrywane przez prawdziwą naukę.

Znajdź terapeutę i uzyskaj pomoc
Zgodnie ze swoimi potrzebami medycyny niekonwencjonalnej

Zobacz także

Znów na własnych nogach

Znów na własnych nogach

Gdy Lauren Vaknine tuż przed drugimi urodzinami spuchły kostki, lekarz rodzinny zbagatelizował to jako objaw wzrostu. Jednakże po kilku kolejnych wizytach i skierowaniu do szpitala specjalistycznego postawiono znacznie poważniejszą diagnozę: młodzieńcze idiopatyczne zapalenie stawów (JIA). 

6 sposobów na zespół niespokojnych nóg

6 sposobów na zespół niespokojnych nóg

Objawy niepokoju ruchowego oraz nieprzyjemne doznania czuciowe (parestezje) w kończynach (mrowienie, cierpnięcie, drętwienie, rzadziej ból) mogą oznaczać zespół niespokojnych nóg (restless legs syndrome, RLS). To zaburzenie ruchowe, na które cierpi mniej więcej 5-15% populacji. 

Arcydzięgiel - właściwości lecznicze, zastosowanie

Arcydzięgiel - właściwości lecznicze, zastosowanie

Anielski korzeń to rodzimy surowiec o intensywnym zapachu, który skutecznie łagodzi zaburzenia układu pokarmowego i bóle reumatyczne.

Szafran zamiast leków przeciwdepresyjnych

Szafran zamiast leków przeciwdepresyjnych

Ekstrakty z krokusa uprawnego pomagają zmniejszyć napięcie ze skutecznością zbliżoną do imipraminy i fluoksetyny.

Osteopatia - holistyczne leczenie bólu. Co to jest i na co pomaga?

Osteopatia - holistyczne leczenie bólu. Co to jest i na co pomaga?

Osteopatia, choć jej nazwa może to sugerować, nie jest chorobą. Nie ma również nic wspólnego z osteoporozą. To holistyczny sposób leczenia, dobrze znany w Stanach Zjednoczonych i Europie Zachodniej, ale u nas dopiero odkrywany.

Szczególnie polecamy
Co wpływa na przyswajalność magnezu?

Co wpływa na przyswajalność magnezu?

Ten ważny pierwiastek uczestniczy w wielu funkcjach organizmu. Jaki suplement...

Raport specjalny

Bezpieczny dom

Bezpieczny dom

Wydanie tabletowe

Tablet O Czym Lekarze Ci Nie Powiedzą App Store