Większość z nas wie, że neurony i inne komórki w układzie nerwowym wykorzystują energię elektryczną do komunikacji. Ale naukowcy nauczyli się w ostatnich dziesięcioleciach, że wszystkie komórki w ciele robią to, używając elektryczności do „rozmawiania” ze sobą i podejmowania decyzji dotyczących wzrostu i rozwoju.
powiązana zawartość
- Te Decapitated Worms odradzają stare wspomnienia wraz z nowymi głowami
Teraz naukowcy z Tufts University odkryli, że manipulowanie ładunkiem elektrycznym komórek może zwiększyć zdolność organizmu do zwalczania infekcji. Podczas gdy badania dotyczyły embrionów kijanki, jeśli zjawisko to jest prawdziwe u ludzi, może to być nowy sposób walki z chorobami. Może również potencjalnie prowadzić do nowych sposobów naprawy urazów, nawet jednego dnia, pomagając w regeneracji części ciała.
„Bioelektryczność to niesamowity nowy kierunek w medycynie, który wykracza daleko poza samą infekcję”, mówi Michael Levin, profesor biologii w Tufts, który kierował badaniami.
Każda komórka w żywym ciele zawiera niewielki ładunek elektryczny, zdefiniowany jako różnica między naładowanymi atomami po obu stronach błony komórkowej. Levin, który od lat bada te ładunki, wysunął hipotezę, że depolaryzacja komórek - zmniejszając różnicę w ładunkach między wnętrzem i na zewnątrz komórki - może pomóc ciału zwalczyć infekcję.
W badaniu, które opublikowano dzisiaj w npj Regenerative Medicine, naukowcy zastosowali leki w celu depolaryzacji komórek zarodków kijanki. Następnie zainfekowali zarodki E. coli . Podczas gdy 50 do 70 procent zwykłych kijanek zakażonych E. coli zmarło, tylko 32 procent kijanek z zdepolaryzowanymi komórkami.
Ale naukowcy nadal musieli upewnić się, że leki zmieniają ładunki elektryczne komórek kijanek, a nie tylko bezpośrednio zabijają E. coli . Wstrzyknęli więc komórkom kijanki posłańcowym RNA (mRNA) zakodowanym informacją, aby bezpośrednio depolaryzować komórki kijanek. To podejście działało podobnie do leczenia uzależnień od narkotyków, co sugeruje, że depolaryzacja to nie leki zwalczające infekcje.
„Nie miało to wpływu na bakterie, lecz na gospodarza”, mówi Levin.
Istnieją dwa rodzaje układów odpornościowych obecnych u wszystkich kręgowców, od kijanek po ludzi. Istnieje adaptacyjny układ odpornościowy, który działa poprzez wystawienie na działanie określonego patogenu. Po otrzymaniu szczepionki adaptacyjny układ odpornościowy „zapamiętuje” patogen i może z nim walczyć, jeśli zostaniesz narażony ponownie. To samo dotyczy sytuacji, gdy jesteś narażony na działanie patogenu na wolności, na przykład w przypadku ospy wietrznej. Adaptacyjny układ odpornościowy wie, jak z nim walczyć, więc znacznie mniej prawdopodobne jest, że kiedykolwiek go złapie. Ale adaptacyjny układ odpornościowy działa tylko na rozpoznane patogeny, więc nie może pomóc, jeśli jesteś narażony na coś zupełnie nowego. Jest też wrodzony układ odpornościowy, który rozwija się w najwcześniejszych chwilach jako zapłodnione jajo. Atakuje każdy patogen za pomocą specjalnych komórek krwi i mediatorów chemicznych.
Depolaryzacja działa z wrodzonym układem odpornościowym, pomagając mu zgromadzić więcej sił, takich jak makrofagi (rodzaj białych krwinek zwalczających infekcje), niezbędnych do walki z infekcją. Nie jest jeszcze jasne, dlaczego to działa, ale prawdopodobnie ma to coś wspólnego z manipulowaniem ścieżkami wykorzystywanymi do komunikacji z wrodzonym układem odpornościowym.
Wiadomo również, że wrodzony układ odpornościowy pomaga również organizmom w regeneracji i naprawie tkanek. Levin i jego zespół wiedzieli, że kijanki, których amputowano ogony, wykazują depolaryzację w komórkach. Łącząc wskazówki, zastanawiali się, czy zranione kijanki byłyby w stanie lepiej zwalczać infekcje. Więc amputowali ogony kijanek i zarazili je E. coli . Te kijanki były w rzeczywistości w stanie lepiej odeprzeć infekcję.
Kijanka nie została zainfekowana E. coli. Ma stosunkowo niski poziom leukocytów zwalczających infekcje (na czerwono). (Kępki) 
Kijanka została zainfekowana E. coli po depolaryzacji jej komórek. Ma stosunkowo wysoki poziom leukocytów zwalczających infekcje (na czerwono). (Kępki) Ale czy ta technika manipulacji bioelektrycznością zadziała na ludziach?
„Główną używaną przez nas technologią, która polega na stosowaniu leków, a także mRNA kanału jonowego w celu depolaryzacji tych komórek, które można zastosować w każdym stworzeniu”, mówi Levin. „W rzeczywistości zrobiliśmy to w organizmach, w tym w komórkach ludzkich”.
Niektóre leki, które można zastosować do depolaryzacji komórek, są już zatwierdzone dla ludzi. Obejmują one środki przeciwpasożytnicze i leki stosowane w zaburzeniach rytmu serca i drgawkach. Levin nazywa te leki „jonoceutyką”, ponieważ zmieniają polaryzację komórki.
Zespół przechodzi na modele gryzoni. Jeśli to się powiedzie, testy na ludziach mogą się zakończyć.
Ale mogą pojawić się problemy ze stosowaniem metody, która działa na kijanki embrionalne, na taką, która działa na zwierzęta inne niż zarodkowe. Szlaki obecne podczas rozwoju embrionalnego, które pozwalają na depolaryzację komórek i aktywację układu odpornościowego, mogą nie być obecne po urodzeniu.
„Niezależnie od tego, czy możemy je reaktywować bez działań niepożądanych w nieznanym” - mówi Jean-François Paré, pracownik naukowy w laboratorium Levina i pierwszy autor na papierze.
Oprócz badania wpływu depolaryzacji na infekcję, laboratorium Levina przygląda się również, w jaki sposób manipulowanie bioelektrycznością może pomóc w walce z rakiem, naprawiać wady wrodzone, a nawet regenerować narządy lub kończyny. Zespół stawia hipotezę, że można zmienić sposób, w jaki komórki elektrycznie komunikują swoje decyzje dotyczące wzrostu i rozwoju, kierując je do „decyzji” o odrodzeniu, powiedzmy, zgubionego palca.
„Pracujemy nad poprawą zdolności regeneracyjnych”, mówi Levin. „Ostatecznie celem jest regeneracja każdego uszkodzonego narządu. Brzmi jak science fiction, ale w pewnym momencie będziemy w stanie odrosnąć te rzeczy. ”
