Игорь Лалаянц
Микроробот с вибриссами и каналом связи. Иллюстрация Physorg
Зоологи определяют вибриссы как вибрирующие чувствительно-осязательные волосы или их пучки, столь привлекательные у кошачьих. Они могут расти на «лице» животного и даже на лапах, как это имеет место у сумчатых. У кротов это не усы, а целые «щупальца», которые столь необходимы им при рытье подземных ходов и определения добычи в полной темноте.
Известно, что тактильная чувствительность осязания генерируется белковыми рецепторами, встроенными в оболочки, например, кожных клеток. Внутри таких протеинов проходит канал для проведения ионов, ток которых способствует генерации потенциала действия (Ра – action Potential). Так как ток электронов или ионов создает вокруг себя магнитное поле, поэтому кроме ЭЭГ существует и МЭГ – магнито-энцефалография. Ее преимущество в том, что магнитные поля хорошо локализуются, поэтому до повсеместного внедрения в диагностику магнитно-резонансной томографии (МРТ) это был единственный способ достаточно четкого определения положения структур, представляющих собой источники магнитных полей в глубинах мозга.
Но МЭГ довольно «капризна», поэтому чаще всего речь идет о синапсах, или точках нейрональных связей. Синапс представляет собой структуру, объединяющую два окончания – пре- и постсинаптическое. К окончанию последнего приходят пузырьки-везикулы (нанокапсулы), содержащие нейромедиаторы, например адреналин, выделение которого стимулирует мышечное сокращение.
Под действием приходящего к пресинаптическому окончанию потенциала действия молекулы медиаторов выбрасываются в синаптическую щель, на противоположном конце которой находятся белковые рецепторы с каналами, по которым идет ионный ток. Поступление ионов в клетку вызывает генерацию постсинаптического Ра. В результате происходит передача сигнала-импульса. Так осуществляется проведение электрических сигналов по нейросетям.
Одним из недавних открытий стало выявление связи двух разных типов клеток – нервных и опухолевых. В Медколледже Хьюстона показали, что опухолевые клетки глиобластомы, растущей из клеток глии белого вещества мозга, активно модулируют синаптическую активность в случае мутации в гене фермента PIK. Авторы считают, что выявленные ими синапсы совершенно разных клеток подстегивают опухолевый рост за счет «усиления» синапсов.
В Политехническом училище Лозанны обратили внимание и на другие глиальные клетки – мелкие клетки микроглии, выполняющей в мозге роль иммунных лимфоцитов. Микроглия через активацию гена STING (стимулятора гена интерферона) контролирует хроническое воспаление мозга, испытывающего воздействие кишечной микрофлоры. Известно, что опухоли подвержены закислению. (За это открытие О. Варбург был удостоен в 1931 году Нобелевской премии.) Воспаление и опухолевый рост повышают уровень агрессивных радикалов кислорода (ROS). Поэтому неудивительно, что микроглия, повышая уровень ROS в кишечнике, способствует преобладанию в нем лактобациллы (lactiplantibacillus).
Возникающий дисбиоз кишечника поддерживает нейровоспаление и стимулируется опухолевый рост в мозге за счет попадающего в него одного из петидогликанов (соединение цепочки аминокислот с сахарами). Это вещество как раз синтезируется лактобациллой. Процесс аномального роста глиобластомы, по мнению исследователей из университетов французского г. Ренн и шведского Гетеборга, можно сдерживать с помощью ингибитора IRE (Inositol-Requiring Enzyme).
Принципиально иной подход предлагают в Нью-Йоркском медколледже и Исследовательском институте Хьюстона. Авторы использовали вращающееся магнитное поле (sOMF). Противораковое действие магнитных полей на опухолевую глию известно относительно давно. Но sOMF избирательно воздействует только на клетки внутримозговой опухоли, так как вызывают только в ней сверхкритическое возрастание кислородных радикалов. Исследователи отмечают, что им удалось выявить четкую связь между физикой магнитной стимуляции ее противораковым действием. Теперь следует доказать применимость безопасного и неинвазивного воздействия на опухоли.
МРТ довольно точно показывает локализацию внутримозговых опухолей и очагов TBI – травматического повреждения мозга. Но совсем иное дело кишечник, петли которого затрудняют точную локализацию развивающегося процесса. Для его исследования применяют энтеро- и колоноскопию, которые далеко не безопасны. Поэтому для щадящего обследования кишечника сотрудниками Имперского колледжа в Лондоне предложен микроробот с вибриссами – гибкий и имеющий канал связи с детектором его продвижения (npj).
В далекие 60-е годы прошлого века модно было говорить о бионике, но возможности тогдашней электроники, которая была далеко не миниатюрной, идею на долгие десятилетия похоронили. Однако сегодня, похоже, можно ждать реального расцвета сочетаний точных наук и биологии.
