Электричество для управления генами

Умными часами и фитнес-браслетами сегодня никого не удивишь. Но максимум, что они умеют, – это замерять пульс или подсчитывать количество шагов и потерянных калорий. А как насчет коррекции здоровья в целом? Не верите? А ведь это вполне осуществимо, если удастся подтвердить результаты исследований, проведенных недавно специалистами Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Говоря коротко, они провели эксперимент, показавший, что электрические импульсы способны управлять генетическим аппаратом.

Смарт-часы и смарт-браслеты, которые многие носят на руке, конечно, обладают массой полезных свойств. На них можно настроить режим тренировок, контролировать свой сердечный ритм и двигательную активность. Можно установить приложение для контроля сна. Но такие гаджеты позволяют только следить за своим здоровьем. Функции лечения они не имеют. В некоторых моделях предусмотрена тревожная кнопка. Если на нее нажать, то медицинские службы получат сигнал или будет установлена связь с лечащим врачом. Можно воспользоваться данной функцией, скажем, если пользователь внезапно почувствовал себя плохо. Бывают и такие модели, которые посылают сигнал без нажатия, просто если происходит нарушение жизненных показателей. Система предусмотрена для тех, кто находится в группе риска по тем или иным заболеваниям.

Впрочем, уже есть модификации, способные не только фиксировать параметры организма, но и осуществлять диагностику. Так, специалисты из Университета штата Огайо разработали «умное» биосенсорное ожерелье, которое умеет определять уровень концентрации глюкозы и других химических веществ через пот. К ожерелью прилагаются застежка и подвеска, а вместо батарейки используется резонансный контур. В ходе тестирования была набрана группа добровольцев. Они в течение 30 минут должны были кататься на велосипеде, а затем сделать перерыв на 15 минут. Во время перерыва участники получали сладкие напитки. После этого на них надевали ожерелья. По совсем небольшому количеству пота гаджеты смогли определить уровень глюкозы.

Исследователи из Университета Сан-Паулу (Бразилия) совместно с коллегами из отдела наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) разработали биосенсорные очки, способные «вычислять» уровень сахара в крови… по слезам. Это куда удобнее, чем использование глюкометров с необходимостью колоть себе пальцы иголками. Датчики, вставленные в оправу в районе переносицы, способны измерять биохимические реакции и определять концентрацию конкретного вещества. Чтобы заставить пользователя прослезиться, применяют специальный состав, раздражающий глаз. Но боли при этом пациент не испытывает. В данном случае сенсоры нацелены на то, чтобы обнаруживать в организме фермент под названием «глюкозооксидаза». Иными словами – окись глюкозы. Когда слеза вступает с ней в реакцию, соответствующий поток электронов генерирует сигнал, поступающий на микросхему, установленную в кронштейне чудо-очков, которая его записывает и обрабатывает.

Некоторое время назад специалисты из Центра оптических технологий Ганновера (Германия) создали приложение для смартфонов, в которые встроены датчики на оптоволоконной основе, контролирующие состояние различных органических субстанций – крови, мочи, слюны, пота и даже выдыхаемого воздуха… Оно может применяться для разного рода молекулярно-биологических исследований, в том числе слежения за уровнем сахара в крови и даже для выявления беременности.

Что же касается швейцарской новинки, то ученые из Цюриха именуют свое изобретение электрогенетическим интерфейсом. Последний способен активировать соответствующие гены по команде в моменты, когда организм нуждается в стимуляции или коррекции состояния здоровья. Как сообщает статья, опубликованная в журнале Nature Metabolism, исследователи взяли мышей, больных диабетом 1‑го типа, и имплантировали им клетки поджелудочной железы человека. В ходе опытов они раздражали эти клетки при помощи электротока, который поступал по команде с устройства, подключенного извне. Под воздействием тока клетки начинали принудительно вырабатывать инсулин. А ведь при этой форме диабета проблема заключается как раз в нарушении производства организмом инсулина, и тогда приходится вводить его искусственно, постоянно носить с собой шприц с лекарством и соблюдать строгую диету.

Таким образом, ученым практически удалось вылечить грызунов от недуга, теперь их организм сможет вырабатывать инсулин самостоятельно.

«Носимые электронные устройства играют все большую роль в получении данных о здоровье человека для проведения персонализированных медицинских вмешательств, – рассказывают авторы исследования. – Однако из-за отсутствия прямого электрогенетического интерфейса они пока не могут напрямую программировать генную терапию. Здесь мы предоставляем недостающее звено». Если рассматривать процесс более детально, то стимуляция клеток происходит в процессе образования активных форм кислорода, молекулы которого в свою очередь при делении клеток напрямую воздействуют на ДНК. «Мы считаем, что эта технология позволит носимым электронным устройствам напрямую программировать метаболические вмешательства», – говорят эксперты.

Данное исследование могло бы стать настоящим прорывом в области генной терапии. Однако выводы швейцарских ученых необходимо еще подтвердить. А для этого требуются месяцы и годы клинических испытаний.

И не стоит все же забывать, что для того, чтобы система действовала, требуются дополнительные манипуляции, например подключение к устройству, которое будет бить вас током. А если этот механизм даст сбой? Или вы потеряете гаджет?

В общем, до того, чтобы объявлять швейцарское изобретение панацеей, пока еще далековато.