Ученые используют биоэлектронную медицину для лечения воспалительных заболеваний, подход, основанный на древней «железной проводке» нервной системы.
Ключевые выводы
- Биоэлектронная медицина - это развивающаяся область, которая фокусируется на манипулировании нервной системой для лечения болезней.
- Клинические исследования показывают, что использование электронных устройств для стимуляции блуждающего нерва эффективно при лечении воспалительных заболеваний, таких как ревматоидный артрит.
- Хотя это еще не одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, стимуляция блуждающего нерва может также оказаться эффективной при лечении других заболеваний, таких как рак, диабет и депрессия.
Может ли крошечное электронное устройство лечить некоторые заболевания более безопасно и эффективно, чем фармацевтические лекарства?
Для Келли Оуэнс ответ был ясен. Она провела более десяти лет, страдая от болезни Крона, хронического воспалительного заболевания кишечника, которое привело к тяжелому артриту суставов. Боль заставляла ее пользоваться тростью, иногда инвалидной коляской. Она перепробовала более 20 лекарств и заработала более 1 миллиона долларов на медицинских счетах, но ее состояние не улучшилось.
Врач сказал Оуэнс и ее мужу, что они не должны иметь детей и что ей придется всю жизнь принимать стероиды.
Затем Оуэнс обратился к биоэлектронной медицине. Она обратилась к доктору Кевину Трейси, пионеру в этой области, президенту и генеральному директору Института медицинских исследований Файнштейна в Нью-Йорке. Вскоре после этого Оуэнс и ее муж переехали в Амстердам, чтобы принять участие в клинических испытаниях относительно нового биоэлектронного подхода к лечению воспалений.
Врачи имплантировали ей в грудь небольшое электронное устройство, которое стимулировало ее блуждающий нерв, самый длинный черепной нерв в организме. Через две недели Оуэнсу не понадобилась трость или инвалидное кресло. Вскоре она бегала на беговой дорожке.
Растущее количество исследований в области биоэлектронной медицины показывает, что можно лечить болезни, манипулируя нервной системой. Эта область представляет собой сплав нейробиологии, молекулярной биологии и нейротехнологии. Доктор Трейси и его коллеги считают, что эта область может когда-нибудь заменить или дополнить многие фармацевтические препараты, используемые для лечения основных заболеваний, включая рак и болезнь Альцгеймера..
Но как? Ответ заключается в том, как нервная система контролирует молекулярные процессы в организме.
… самый революционный аспект биоэлектронной медицины, по словам доктора Трейси, заключается в том, что такие подходы, как стимуляция блуждающего нерва, не сопровождаются вредными и потенциально смертельными побочными эффектами, как многие фармацевтические препараты в настоящее время.
Вы случайно положили руку на горячую плиту. Почти мгновенно ваша рука отдергивается.
Что заставило вашу руку двигаться? Ответ не в том, что вы сознательно решили, что печка горячая и вам следует пошевелить рукой. Скорее, это был рефлекс: кожные рецепторы на вашей руке посылали нервные импульсы в спинной мозг, который, в конечном счете, отсылал назад двигательные нейроны, которые заставляли вашу руку отодвигаться. Все это произошло до того, как ваш «сознательный мозг» осознал, что произошло.
Точно так же нервная система имеет рефлексы, защищающие отдельные клетки тела.
«Нервная система развилась, потому что нам нужно реагировать на раздражители в окружающей среде», - сказал доктор Трейси. «Нейронные сигналы не исходят сначала от мозга вниз. Вместо этого, когда что-то происходит в окружающей среде, наша периферическая нервная система чувствует это и посылает сигнал в центральную нервную систему, состоящую из головного и спинного мозга. И тогда нервная система реагирует, чтобы исправить проблему».
Итак, что, если бы ученые могли «взломать» нервную систему, манипулируя электрической активностью в нервной системе, чтобы контролировать молекулярные процессы и получать желаемые результаты? Это главная цель биоэлектронной медицины.
«В организме есть миллиарды нейронов, которые взаимодействуют почти с каждой клеткой тела, и в каждом из этих нервных окончаний молекулярные сигналы управляют молекулярными механизмами, которые можно определить и нанести на карту, и под контролем», - сказала доктор Трейси в TED Talk.
«Многие из этих механизмов также вовлечены в такие важные заболевания, как рак, болезнь Альцгеймера, диабет, гипертонию и шок. Вполне вероятно, что обнаружение нейронных сигналов, управляющих этими механизмами, даст надежду на то, что устройства заменят некоторые современные лекарства от этих болезней».
Как ученые могут взломать нервную систему? В течение многих лет исследователи в области биоэлектронной медицины сосредоточивались на самом длинном черепном нерве в организме: блуждающем нерве.
Более того, клинические испытания показывают, что стимуляция блуждающего нерва не только «выключает» воспаление, но и запускает производство клеток, способствующих заживлению.
Электрические сигналы, видимые здесь в синапсе, проходят по блуждающему нерву, вызывая воспалительную реакцию. Фото: Adobe Stock через solvod
Блуждающий нерв («блуждающий» означает «блуждающий» на латыни) состоит из двух нервных ветвей, которые тянутся от ствола мозга вниз к груди и животу, где нервные волокна соединяются с органами. Электрические сигналы постоянно проходят вверх и вниз по блуждающему нерву, облегчая связь между мозгом и другими частями тела.
Одним из аспектов этой обратной связи является воспаление. Когда иммунная система обнаруживает травму или нападение, она автоматически запускает воспалительную реакцию, которая помогает залечивать раны и отбиваться от захватчиков. Но при неправильном развертывании воспаление может стать чрезмерным, усугубляя первоначальную проблему и потенциально способствуя заболеваниям.
В 2002 году доктор Трейси и его коллеги обнаружили, что нервная система играет ключевую роль в мониторинге и изменении воспаления. Это происходит посредством процесса, называемого воспалительным рефлексом. Проще говоря, это работает следующим образом: когда нервная система обнаруживает воспалительные стимулы, она рефлекторно (и подсознательно) запускает электрические сигналы через блуждающий нерв, которые запускают противовоспалительные молекулярные процессы.
В экспериментах на грызунах доктор Трейси и его коллеги наблюдали, что электрические сигналы, проходящие через блуждающий нерв, контролируют ФНО, белок, избыток которого вызывает воспаление. Эти электрические сигналы проходят через блуждающий нерв к селезенке. Там электрические сигналы преобразуются в химические сигналы, запуская молекулярный процесс, который в конечном итоге создает ФНО, усугубляющий такие состояния, как ревматоидный артрит.
Невероятная цепная реакция воспалительного рефлекса была подробно изучена доктором Трейси и его коллегами в ходе экспериментов на грызунах. При обнаружении воспалительных стимулов нервная система посылает электрические сигналы, которые проходят через блуждающий нерв в селезенку. Там электрические сигналы преобразуются в химические сигналы, которые запускают селезенку для создания лейкоцитов, называемых Т-клетками, которые затем создают нейротрансмиттер, называемый ацетилхолин. Ацетилхолин взаимодействует с макрофагами, которые представляют собой особый тип лейкоцитов, вырабатывающих ФНО, белок, избыток которого вызывает воспаление. В этот момент ацетилхолин заставляет макрофаги прекратить перепроизводство ФНО или воспаление.
Эксперименты показали, что при воспалении определенной части тела активизируются определенные волокна блуждающего нерва. Доктор Трейси и его коллеги смогли составить карту этих взаимосвязей. Что еще более важно, они смогли стимулировать определенные части блуждающего нерва, чтобы «выключить» воспаление.
Более того, клинические испытания показывают, что стимуляция блуждающего нерва не только «выключает» воспаление, но и запускает производство клеток, способствующих заживлению.
«В экспериментах на животных мы понимаем, как это работает, - говорит доктор Трейси. «И теперь у нас есть клинические испытания, показывающие, что реакция человека - это то, что предсказано лабораторными экспериментами. Многие научные пороги были преодолены в клинике и лаборатории. Мы буквально на пороге шагов и стадий регулирования, а затем маркетинга и дистрибуции, прежде чем эта идея взлетит».
Стимуляция блуждающего нерва уже может лечить болезнь Крона и другие воспалительные заболевания. В будущем его также можно будет использовать для лечения рака, диабета и депрессии. Фото: Adobe Stock через Maridav
Стимуляция блуждающего нерва в настоящее время ожидает одобрения Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, но на данный момент она доказала свою безопасность и эффективность в клинических испытаниях на людях. Доктор Трейси сказал, что стимуляция блуждающего нерва может стать распространенным методом лечения широкого спектра заболеваний, включая рак, болезнь Альцгеймера, диабет, гипертонию, шок, депрессию и диабет.
«В той степени, в которой воспаление является проблемой при заболевании, тогда прекращение воспаления или подавление воспаления с помощью стимуляции блуждающего нерва или биоэлектронных подходов будет полезным и терапевтическим», - сказал он.
Для стимуляции блуждающего нерва потребуется электронное устройство размером с лимскую фасоль, хирургическим путем имплантированное в шею в течение 30-минутной процедуры. Через пару недель вы пойдете, скажем, к ревматологу, который активирует прибор и определит правильную дозировку. Стимуляция будет занимать несколько минут каждый день и, скорее всего, будет незаметной.
Но самый революционный аспект биоэлектронной медицины, по словам доктора Трейси, заключается в том, что такие подходы, как стимуляция блуждающего нерва, не сопровождаются вредными и потенциально смертельными побочными эффектами, как многие фармацевтические препараты в настоящее время.
«Устройство на нерве не будет иметь системных побочных эффектов на организм, как прием стероидов», - сказал доктор Трейси. «Это мощная концепция, которую, честно говоря, ученые вполне принимают - она на самом деле довольно удивительна. Но идея внедрения этого на практике займет еще 10 или 20 лет, потому что врачам, посвятившим свою жизнь выписыванию рецептов на таблетки или инъекции, трудно поверить, что компьютерный чип может заменить лекарство».
Но пациенты также могут сыграть свою роль в развитии биоэлектронной медицины.
«У этой когорты пациентов есть огромный спрос на что-то лучшее, чем они принимают сейчас», - сказала доктор Трейси. «Пациенты не хотят принимать лекарство с предупреждением из черного ящика, которое стоит 100 000 долларов в год и работает в половине случаев».
Майкл Доулинг, президент и главный исполнительный директор Northwell He alth, уточнил:
«Зачем пациентам следовать режиму приема лекарств, если они могут выбрать несколько электронных импульсов? Возможно ли, что такие методы лечения, импульсы через электронные устройства, смогут заменить некоторые лекарства в ближайшие годы в качестве предпочтительных методов лечения? Трейси считает, что да, и, возможно, именно поэтому фармацевтическая промышленность внимательно следит за его работой.”
В долгосрочной перспективе биоэлектронные подходы вряд ли полностью заменят фармацевтические препараты, но они могут заменить многие из них или, по крайней мере, использоваться в качестве дополнительных методов лечения.
Доктор. Трейси с оптимизмом смотрит в будущее отрасли.
«Это породит огромную новую отрасль, которая будет конкурировать с фармацевтической промышленностью в ближайшие 50 лет», - сказал он. «Это уже не просто индустрия стартапов. […] Будет очень интересно посмотреть на взрывной рост, который произойдет».