Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Это представляется контринтуитивным: функция нервной системы основана на потенциале действия, так почему не попробовать просто записать наши потенциалы действия поверх мозговых? Как комментирует Людвиг, проблема заключается в том, что наши попытки перезаписать потенциал действия могут оказаться чудовищно неуклюжими[426]. Не всегда происходит именно то, что мы намеревались сделать. Для начала наши инструменты еще не настолько точны, чтобы воздействовать именно на те нейроны, которые мы хотим стимулировать. Протез оказывается посреди пучка разных клеток, отключая или активируя электрическим полем не относящиеся к делу нейроны. Помните, я рассказывала, что клетки глии традиционно считались вспомогательными клетками мозга? Так вот, недавно выяснилось, что они участвуют в обработке информации и наши громоздкие электроды их тоже возбуждают, и неизвестно, к чему это приводит. “Это все равно что в ванне с водой выдернуть пробку и пытаться заставить двигаться лишь один из трех игрушечных корабликов”, – сравнивает Людвиг. И даже если нам удастся попасть в те нейроны, в которые мы целимся, нет никакой гарантии, что мы попадем в правильный участок нейрона.

Для внедрения электроцевтики в медицину требуются гораздо более совершенные технологии для общения с клетками. “Языковой барьер” между электронами и ионами является преградой для общения с нейронами, но наши методы совсем не подходят для коммуникации с клетками, не использующими потенциал действия – а именно: с клетками кожи, костей и других тканей, на которые мы пытаемся повлиять с помощью электрических методов нового поколения. Контролировать мембранный потенциал опухолевых клеток, чтобы заставить их вернуться к нормальной жизни, пытаться управлять токами в ранах на коже или в костях, самостоятельно распоряжаться судьбой стволовых клеток – ничего этого не удастся добиться с помощью одного-единственного имеющегося в нашем распоряжении метода – создания потенциала действия, возбуждающего нейроны. Нам нужны более разнообразные инструменты. К счастью, этим занимается быстро развивающаяся область исследований, задача которой заключается в создании устройств, вычислительных элементов и электрических схем, позволяющих “разговаривать” с ионами на их родном языке.

Несколько исследовательских групп работают над созданием “смешанной проводимости”: задача в данном случае заключается в разработке устройств, знающих биоэлектрический “язык”. Работа ведется с пластмассами и сложными полимерами с длинными названиями, часто содержащими цифры и знаки препинания. Для создания электрода для глубокой стимуляции мозга, который сможет оставаться в мозге более десяти лет, потребуется материал, способный находиться в безопасном контакте с тканями мозга гораздо дольше, чем это возможно сегодня. Поиски таких материалов далеки от завершения. Люди начинают задаваться вопросом: почему бы не вглядеться в обычного человека и не создать эти устройства не из искусственных полимеров, а из природного биологического материала? Почему бы не поучиться у природы?[427]

Такие попытки уже предпринимались. В 1970-е годы возник интерес к использованию кораллов для изготовления трансплантатов кости вместо аутотрансплантатов[428]. Вместо того чтобы проводить травмирующую двойную операцию для извлечения и пересадки необходимой костной ткани из другой части тела, было предложено использовать коралловый имплантат, который служил бы матрицей для роста новых костных клеток и образования новой костной ткани. Коралл по своей природе – остеокондуктивный материал, что означает, что новые костные клетки прекрасно устраиваются на нем и размножаются. Кроме того, он разлагается в естественных условиях: когда костная ткань вырастает, коралл постепенно всасывается, переваривается и выводится из тела. В результате последовательных усовершенствований удалось значительно ослабить воспалительный ответ и осложнения. Теперь несколько компаний выращивают специальные кораллы для создания костных трансплантатов и имплантатов[429].

После успеха с кораллами исследователи в поисках источников биоматериалов стали внимательнее приглядываться к морским организмам. Сегодня эта сфера исследований быстро развивается; благодаря новым методам обработки, позволяющим производить множество полезных материалов из того, что раньше считалось просто морскими отходами, за последние десять лет появились новые биоматериалы из морских организмов[430]. К ним относятся альтернативные источники желатина (улитки), коллагена (медузы) и кератина (губки): они широкодоступны, совместимы с биологическими тканями и разлагаются в биологических средах. И не только внутри тела: одна из причин интереса к этим материалам связана с необходимостью избавляться от загрязняющего природу синтетического пластика.

Еще одним достоинством материалов морского происхождения является их способность проводить ионный ток. Об этом в 2010 году задумался Марко Роланди, когда они с коллегами из Университета Вашингтона собрали транзистор из тканей кальмара.