Клетки върху чип? Да, възможно е!

Една от най-горещите новини в науката напоследък: компанията Neuralink, основана от Илън Мъск, получи разрешение от Федералната администрация по храните и лекарствата на САЩ да имплантира чип във втори човек.

Може би помните, през януари за първи път успешно бе имплантиран чип в мозъка на младия Ноланд Арбо. Преди осем години той претърпява инцидент, след който не може да се движи от раменете надолу. Съгласява се да бъде първият човек в света с чип в мозъка с ясното съзнание за рисковете, на които се излага. И преди, и след чипа Ноланд запазва високия си дух. Личи от скорошното му интервю пред австралийската ТВ програма The Project.

"Пошегувах се с майка ми след операцията. Първото нещо, което направих, след като се събудих. Исках да знае, че не съм се променил, така че, когато влезе при мен и ми каза: "Здравей, как си, как се чувстваш?", я погледнах и я попитах: "А ти коя си?". Въобще не беше щастлива! Гледаше към лекарите с изражението: "Моля ви се някой да обясни какво направихте на сина ми!". После ме погледна в лицето и разбра, а аз ѝ казах, че всичко е наред и съм добре. Да, знам, ужасен син съм!"

В следващите дни Ноланд използва импланта, за да контролира курсора на компютърен екран само с мислите си. Показа ни как играе шах. Как още се промени животът му?

"В момента мога да изпратя текстово съобщение за няколко секунди, под минута. Преди, когато ползвах други помощни устройства, ми отнемаше 5, 10, 15 минути."

С други думи: "Всичко е доста впечатляващо, ако трябва да съм честен!".

Все пак не всичко с Ноланд протича гладко. Наложи се от компанията да коригират проблеми, заради които част от новите му възможности намаляха. Повечето от нишките, имплантирани в мозъка му, се разхлабиха и не разчитаха електрическите сигнали, необходими за превръщането на мислите му в движения. Имплантът е с размерите на монета и съдържа електроника и батерия.

Неговите 64 външни нишки, всяка по-тънка от човешки косъм, се вкарват в главния мозък, за да предават невронни сигнали. От компанията казали на Ноланд, че само 15% от нишките в мозъка му са останали на място. Те обаче са се стабилизирали, добавя той, а последвалите промени в софтуера са му помогнали да възвърне голяма част от капацитета на чипа.

Именно корекциите са позволили американската администрация да даде зелена светлина на имплантирането на чип и на втори човек. За да не се отхвърлят ултратънките проводници, някои от тях ще се вграждат по-дълбоко в мозъка.

Докато милиардерът Мъск мечтае как слепите ще прогледнат, а обездвижените ще управляват смартфона си само с мисъл, етичните въпроси, отвъд научните, се трупат. Защото Илън Мъск вярва, че може да превърне човека в киборг, способен да устои на изкуствения интелект.

А имат ли общо с технологията, описана дотук, чиповете, върху които се появяват органи?

Между биологията, физиката и инженерството: органът върху чип също е съвсем млада хрумка. Целта е в лабораторни условия да се имитират нашите собствени тъкани. Микроустройствата са колкото USB памет. С тях изследователите се стремят към повече здрави хора и по-малко болести. Аватарите на човешките органи ускоряват разработката на нови лекарства и персонализираната медицина. Как става това и защо ни е нужно? Александър Грасар от Института "Пастьор" обясни пред Добромир Видев за предаването "Изотопия".

Способността ни да развиваме лекарства се изчерпва, твърди Грасар и изчислява: преди 70 години с 1 милиард долара можехте да откриете около 50 медикамента. През 2010-а за същите лекарства трябват 2 милиарда. Цената се вдига заради начина, по който лекарството излиза на пазара.

Предклиничният етап трае от 4 до 8 години, следва клиничен от 5 до 7 години. Накрая е вписването на медикамента - от 1 до 2 години. През цялото време - тестове, тестове, тестове…

Най-важният етап е критичната граница между предклиничните и клиничните изследвания. Ефикасността обяснява нуждата от по-добри модели, които ни позволяват с по-голяма сигурност да преминем към клиничния етап.

"Учените търсят как да заменят живите животни за тестване. Често животните не са идеалният модел, който отговаря на човешката физиология. Науката е интердисциплинарна. Един лекар не може да бъде само биолог, трябва да работи и с други специалности", коментира ученият.

Обръща се към микропроцесорите. Размерите на компютрите не са като преди 7 десетилетия, казва Грасар. Системите са миниатюрни, което провокира въпроса дали е възможно да се ползват технологиите за създаване на микропроцесори във възпроизводството на клетката. Оказва се, че може.

В сложното описание на метода Александър Грасар говори за литография, лазери, фоточувствителни смоли, биосъвместим силикони, изпичане и сравнява процеса с правенето на шоколадови изделия. Различното от кулинарията и създаването на чипове за електрониката е микрофлуидността.

"Тя е истинска революция, защото използваме електрически течения в течна среда. Течността е живот. По много по-точен и прецизен начин можем да контролираме средата за картография на нашия геном. Органите върху чип са система с перфузия, с пространството, в което създаваме клетъчната култура. Правим анализ на органите, които ще растат върху чипа. Може да се обясни и като USB устройство, чип с микроканали.

В моята лаборатория правя бял дроб и черво върху чип. Технологията се ражда през 2010 г. В началото са искали да направят бял дроб, да имитират алвеолите, малките торбички, които се свиват и разпъват при дишане. Пренасят въздуха в кръвоносната ни система. Имитираме и капиляри. Върху чипа не можем да пресъздадем всички функции, да имитираме и кръвоносните пътища, и мембраната, която служи за основа. В лабораторията работим върху разтягането и свиването на мембраните. Успяхме да пресъздадем преминаването на въздуха. След това потърсихме какво може да бъде токсичното въздействие. Стана с наночастици.

С друг модел успяхме да усъвършенстваме бронхите. Там използваме модели на клетки с малки реснички. Те се движат по определен начин и позволяват да се регулира течността, отделяна от лигавиците. Това играе ключова роля в живия организъм, защото тази течност позволява да бъдат уловени всички патогени. Следващият метод, с него не работим в моята лаборатория, са клетки, които имат много реснички, клетки, отделящи течност. Благодарение на много мощен микроскоп виждаме дали ресничките функционират правилно. Ако не, дишането не може да нормално."

Със същите методи се изучават и клетките на червата. Как например биха повлияли патогените на чревната флора или как да се възпроизведе перисталтиката?

"Успяхме да подобрим системата, върху която работим, и сега напредваме към персоналната медицина. Тръгвайки от стволовите клетки, можем да тестваме ефикасността на някои лекарства. Успяваме да стигнем от стволовите клетки до органели върху чипове. Става още по-сложно, но можем да анализираме клетките, култивирани в различни системи.

Изследванията показаха, че има сходства между органите, създадени върху чип, и естествените. Затова можем да тестваме 27 лекарства и токсичността им върху човешката система. Голямото предизвикателство на всички методи е да свържем отделните органи върху чип и на компютър, да възпроизведем с карта-майка различните органи, тоест да видим как наистина функционира човешката физиология.

Засега това остава модел. Когато говорим за миниоргани или органи върху чип, не можем да пресъздадем целия орган. В момента не можем да възпроизведем целия потенциал и всички функции на органа. Така че това остава несъвършен модел, който имитира. Все още не можем да изградим храносмилателен тракт и перисталтика. Засега работим върху създаването на системи от черва, които пресъздават микробиотата. Занапред ще се опитаме да подобряваме нашите системи, но все още не сме на това ниво."

Приложенията са много, казва Александър Грасар и припомня, че има козметични фирми, които още преди 40 години са започнали да създават биометрични системи на кожата. След забраната на експериментите върху животни през 90-те, фирмите започнали изследвания в лабораторна среда.

"Те създадоха сериозни модели за регенериране на кожата, върху които да правят изследвания. Има и биопринтиране на кожа. Принтираме клетки с мастила, с матрици, които пресъздават кожата и позволяват да се поддържат живи клетките ѝ."

В момента се работи върху модели на сърце върху чипове, но с уговорката, че не можем да пресъздадем самото сърце, а само тъканите му. Органите върху чип не са за терапевтични цели, по-скоро за да се изпробват лекарства. В света има други екипи, които работят по модели на тъкани за присаждане.

Органите върху чипове са полезни за идентифицирането на електрическия отпечатък на невроните. "Ако невроните не са в добро състояние, не могат да експресират гени правилно", пояснява Грасар. Затова се търси как да се създадат благоприятни условия за невроните, за да са полезни в бъдеще за терапевтични цели.

"Що се отнася до туморните клетки, имаме голяма надежда за използването на органите върху чип, защото са структури, които ни позволяват да тестваме персонализирани терапии. Всяка туморна клетка е уникална за всяко човешко тяло и това е проблемът при лечението на рак, защото всяка терапия трябва да бъде индивидуална. Идеята е да генерираме тумороидни клетки, което да пресъздадат тумора в лабораторна среда. За съжаление, туморът има способността да се разпространява много бързо.

Има много лаборатории, които генерират банки от ракови клетки, за да ги използваме и в лабораторна среда да изграждаме по-добра терапия за по-добро лечение на рака. Това е стратегия. Може би след 10 години ще мога да ви дам по-конкретен отговор."

Лимитът на технологията е собственото ни въображение, твърди Александър Грасар. Към тази авангардна технология от Института "Пастьор" искат да добавят друга авангардна технология: изкуствения интелект.

"Като начало са ни нужни данни, за да направим предвижданията по-точни. Затова сега събираме повече данни за обучение на софтуера. Все едно искате да построите първия самолет и да летите през Тихия океан, но нямате капацитета да прелетите разстоянието дори от София до Париж."

Какво мисли Грасар за идеята на Мъск? Неговата технология е обратна – не се поставят клетки върху чипове, а чипове върху клетки в хората.

"Е, това са различни чипове. Казваме му орган върху чип, защото използваме същите методи, за да направим информационните, компютърните чипове. Но дотук са приликите. Става въпрос за две различни технологии. Не бих могъл да кажа дали този метод може да се използва за създаването на точни цифрови копия на биологични неща. Но ще повторя - имаме въображение и то може да ни отведе до всичко."

Александър Грасар призна, че е имал разговори и с Института по микробиология на БАН. Какво си е говорил с българските учени? Надяваме се скоро да разберем.

Интервюто с него чуйте в звуковия файл.

Снимка на Александър Грасар: Добримир Видев

Илюстративни изображения: Pixabay.com