Znajdź zawartość

Sztuczny móżdżek u szczurów to, wg futurystów, kolejny krok na drodze do stworzenia cyborgów, u których wzmocniono by działające prawidłowo funkcje. Dla biologów i lekarzy osiągnięcie Mattiego Mintza z Uniwersytetu w Tel Awiwie ma jednak nieco inne znaczenie: daje nadzieję na zastąpienie struktur uszkodzonych przez udar, wypadek czy procesy starzenia. Naukowcy podkreślają, że dotychczasowe protezy, np. implant ślimakowy, pozwalały na jednokierunkową komunikację – od urządzenia do mózgu albo na odwrót. W przypadku sztucznego móżdżku przepływ informacji zachodzi w obie strony. Urządzenie otrzymuje dane czuciowe z pnia mózgu. Interpretuje je, a następnie wysyła sygnał do różnych regionów pnia mózgu i znajdujących się tu obwodowych neuronów ruchowych (to do nich dostarczają część bodźców włókna związane z odruchami i programem ruchów). To dowód, że można nagrywać dane z mózgu, analizować je podobnie jak sieć biologiczna i kierować do mózgu informację zwrotną – cieszy się Mintz. Z kilku względów móżdżek doskonale nadawał się do zastąpienia sztucznym odpowiednikiem. Niemal doskonale znamy jego anatomię i niektóre z jego zachowań. Na początku akademicy analizowali sygnały napływające z pnia mózgu do sterującego równowagą, koordynacją i czasowaniem ruchów móżdżku. Później przyglądali się generowanej przez móżdżek odpowiedzi. Na końcu stworzyli sztuczną wersję móżdżku w postaci chipa, który znajduje się na zewnątrz czaszki i jest podłączony do mózgu za pomocą wszczepionych elektrod. W ramach testów znieczulono szczura i wyłączono jego móżdżek. Zwierzę poddano warunkowaniu klasycznemu. Najpierw miało ono mrugać w odpowiedzi na dmuchnięcie w oko połączone z dźwiękiem, potem po zadziałaniu samego dźwięku. W pierwszym scenariuszu naukę prowadzono bez podłączonego chipa (wtedy szczur nie był w stanie opanować odruchu). W drugim chip podłączano i gryzoń uczył się jak zwykłe zwierzę. Naukowcy komentujący doniesienia Izraelczyków podkreślają, że w przyszłości trzeba będzie stworzyć modele większych obszarów móżdżku, które mogłyby się uczyć całych sekwencji ruchowych. Wg nich, warto by też sprawdzić, jak sprawuje się chip u przytomnych zwierząt, a nie będzie to łatwe ze względu na artefakty w sygnale generowane przez sam ruch.

Naukowcy z Imperial College London pracują nad syntetycznym alkoholem, który – podobnie jak "autentyk" – wywołuje uczucie przyjemnego podniecenia, ale pozwala uniknąć stanu upojenia oraz kaca. Co ważne, jego działanie będzie można wyeliminować w mgnieniu oka po połknięciu specjalnej tabletki (antidotum). Oznacza to, że prowadzenie samochodu po zakrapianej imprezie czy wizycie w pubie lub restauracji nie będzie już łamaniem prawa. Badacze skoncentrowali się na benzodiazepinach. Sztuczny alkohol działa na obszary mózgu odpowiadające za dobre samopoczucie i rozluźnienie. W odróżnieniu od prawdziwych procentów nie wpływa jednak na inne rejony mózgu, np. kontrolujące zmiany nastroju czy związane z uzależnieniem. Syntetyk ma jeszcze jedną pożądaną właściwość – o wiele łatwiej usunąć go z organizmu. Pracami zespołu kieruje profesor David Nutt, który z powodu swoich komentarzy dotyczących konopi i ecstasy został niedawno zwolniony ze stanowiska doradcy rządu. Naukowiec roztacza wizje picia bez upijania. Opowiada, że gdy jego wynalazek trafi już do powszechnego użycia, będzie można wypić, ile się chce, nacieszyć się stanem lekkiego oszołomienia, a przed wyjściem zażyć antidotum i bez problemu wrócić do domu o własnych siłach i własnym pojazdem. Nauka zna wiele substancji benzodiazepinowych i jak wyjaśnia profesor, to tylko kwestia czasu, by zidentyfikować najlepszą do celu realizowanego przez ekipę z Imperial College London. Sztuczny alkohol powinien być pozbawiony smaku i koloru, by zależały one wyłącznie od pozostałych składników napoju. Koniec końców wynalazek Brytyjczyków miałby zastąpić alkohol w piwie, winie i spirytusie, a etanol zacząłby pełnić rolę wyłącznie paliwa. Brałem udział w eksperymentach, podczas których zażywałem benzodiazepiny. Najpierw byłem do tego stopnia znieczulony, że prawie zasypiałem, a za pięć minut czytałem. Dotąd nikt nie wypróbował tej metody, być może dlatego, że niełatwo sprostać wymogom prawnym. Niewykluczone, że uzyskanie pozwolenia na stosowanie nowej substancji psychoaktywnej odsunie się w czasie, gdyż testy kliniczne są drogie i nie wiadomo, kto miałby je sfinansować. Z oczywistych względów przemysł spirytusowy nie jest nimi zainteresowany, ale Nutt liczy na bardziej liberalne alkoholowo państwa, np. Grecję i Hiszpanię.

Badacze z Karolinska Institutet i Linköping University są już naprawdę blisko stworzenia sztucznego neuronu, który porozumiewa się ze swoimi naturalnymi odpowiednikami za pomocą neuroprzekaźników. Stosowane dotąd metody bazowały na stymulowaniu układu nerwowego impulsami elektrycznymi. W ten właśnie sposób działa np. implant ślimakowy. Elektroda jego wewnętrznej części pobudza bowiem bezpośrednio nerw słuchowy. Problem z implantem polega jednak na tym, że stymulowane są wszystkie komórki w otoczeniu elektrody, co wywołuje niepożądane efekty. By temu zaradzić, Szwedzi posłużyli się przewodzącym prąd plastikiem. Uzyskali nowy typ elektrody dostawczej, która wydziela neuroprzekaźniki. Ma to jeden duży plus – na dany związek reagują tylko neurony wyposażone w odpowiednie receptory. Zespół zademonstrował, że dzięki elektrodzie dostawczej da się kontrolować słyszenie u świnek morskich. Zdolność dostarczania dokładnych dawek neuroprzekaźników otwiera zupełnie nowe możliwości korygowania systemu sygnalizacji, który nie działa prawidłowo w wielu chorobach neurologicznych – podkreśla profesor Agneta Richter-Dahlfors, prowadząca badania razem z prof. Barbarą Canlon. Przyszłe prace skoncentrują się na skonstruowaniu niewielkiego programowalnego elementu, wszczepianego do organizmu pacjenta. Działałby on tak często, jak trzeba, wydzielając precyzyjnie odmierzone dawki neuroprzekaźników. Obecnie Szwedzi zajmują się tego typu rozwiązaniami dla chorych z niedosłuchem/głuchotą, padaczką i parkinsonizmem.

Amerykańscy naukowcy stworzyli sztuczny jajnik, w którym dojrzewają komórki jajowe pobrane m.in. od kobiet chorych na nowotwory. Różne metody ich leczenia prowadzą do czasowej bądź trwałej bezpłodności. Do tej pory zamrażaniu, czyli kriokonserwacji, poddawano tylko dojrzałe oocyty, teraz przed terapią będzie można pobrać również niedojrzałe komórki. Dysponując sztucznym jajnikiem, Sandra Carson i Stephan Krotz ze Szpitala dla Kobiet i Dzieci w Providence sprawdzą, jak na dojrzewające jajeczka wpłyną potencjalne toksyny. Na początku zespół wykorzystał komórki tekalne pęcherzyka Graafa (ang. theca cells, TC), które tworzą jego otoczkę i produkują substancję prekursorową dla estrogenu. Pozyskano je z jajników usuniętych młodym kobietom. TC umieszczono w żelowej formie przypominającej plaster miodu. Utworzyły one strukturę o szerokości 2 milimetrów. Od innej grupy kobiet, które przechodziły procedurę zapłodnienia in vitro, pobrano komórki warstwy ziarnistej. Wyściełają one komorę pęcherzyka od wewnątrz i wytwarzają stymulujący dojrzewanie pęcherzyków estradiol. Za pomocą formy nadano im postać sferycznych grudek i następnie osadzono w zagłębieniach plastra miodu. W ramach kolejnego etapu w konstrukcji umieszczono ludzkie jajo (od owulacji dzielił je mniej więcej tydzień) oraz hormon folikulotropowy. W organizmie jest on wydzielany przez przedni płat przysadki mózgowej, a jego funkcja polega na pobudzaniu dojrzewania pęcherzyków Graafa. Po 72 godzinach oocyt był gotowy do zapłodnienia, na co wskazywało utworzenie się ciałka kierunkowego. Obecnie Amerykanie zaczynają próby z jeszcze bardziej niedojrzałymi komórkami. Mają nadzieję, że dojrzeją one w ciągu 10 dni, a nie przez 280, jak ma to miejsce w ciele kobiety. Lekarze uważają, że dojrzewanie poza organizmem jest szybsze, gdyż w sztucznym jajniku nie zachodzą żadne inne procesy, które mogłyby hamować to zjawisko.

Beauty (Piękna) to odratowana przez biologów samica bielika amerykańskiego (Haliaeetus leucocephalus). Niestety, w rzeczywistości nie wygląda ona zbyt pięknie, ponieważ przed kilkoma laty kłusownicy odstrzelili jej kawałek dzioba. Mając do dyspozycji tylko żuchwę, drapieżnik nie może normalnie polować, jeść, pić ani utrzymywać piór w czystości. Opiekunowie Beauty pracują nad sztucznym dziobem, który ma zastąpić ten utracony już w przyszłym miesiącu. Gdyby zabieg się udał, uratowałoby to samicy życie. Jane Fink Cantwell, biolog, która prowadzi ośrodek rekonwalescencyjny dla drapieżników w Panhandle w USA, porównuje sytuację Pięknej do posługiwania się tylko jedną pałeczką. W ten sposób niewiele da się zdziałać. Szefowa centrum przez dwa lata zbierała członków zespołu, który miałby zaprojektować, a następnie zbudować protezę dzioba. Ze sztucznym dziobem 7-letni bielik może dożyć nawet pięćdziesiątki. Będąc kaleką, na pewno nie przetrwałby bez pomocy człowieka. Bielik został znaleziony w 2005 roku na alaskańskim wysypisku śmieci. Żebrał o jedzenie, zagrażała mu śmierć głodowa. W wyniku postrzału miał stale odsłonięty język i zatoki. Nie mógł chwycić łupu ani go rozerwać. Początkowo Beauty trafiła do ośrodka rehabilitacyjnego w Anchorage. Tam karmiono ją z ręki i czekano, aż dziób sam odrośnie. Tak się jednak nie stało, a po 2 latach jej opiekunom wyczerpały się środki finansowe. Jak zauważa Cantwell, zostałaby zapewne uśpiona, ale na szczęście udało się uzyskać odpowiednie pozwolenia władz federalnych i w 2007 roku drapieżnika przewieziono na farmę Birds of Prey Northwest w Idaho. Wkrótce potem Cantwell spotkała pierwszego członka swojej ekipy naprawczej: inżyniera mechanika Nate'a Calvina. Potem dołączyli do niego kolejni wolontariusze, m.in. dentysta i weterynarz. Zrobiono odlew zachowanej części dzioba i zeskanowano go do komputera. Dzięki temu bioniczny twór będzie świetnie dopasowany do tego, w co wyposażyła ptaka natura. Jedna strona jest bardziej uszkodzona od drugiej. Nowy dziób powstaje z nylonowych kompozytów. Ze względu na bliskość mózgu i oczu zostanie przyklejony, a nie przykręcony śrubami. Jeśli odpadnie, trzeba się będzie jednak uciec do innych metod mocowania. Dziób jest lekki i wytrzymały, jednak nie na tyle, by umożliwić Beauty wyszarpywanie kawałów mięsa. Pozwoli na picie, a także samodzielne przytrzymywanie spożywanych kąsków. Do tej pory podczas karmienia Pięknej, która często dostawała paski łososia, Cantwell przytrzymywała rybę cęgami. Specjaliści podkreślają, że zakończone sukcesem mocowanie dzioba zdarza się dość rzadko, ale takie zabiegi przeprowadzono już w przeszłości. Nie wiadomo tylko, czy bioniczny dziób będzie działał. Oby tak... Piękna przyzwyczaiła się już do kręcących się wokół ludzi. Toleruje Cantwell i osoby, które dotykają jej w czasie pomiarów. Kiedyś przeleżała dwie godziny na stole. Była w pełni świadoma, jednak nie uciekała. Podejrzewam, że ona wie, iż chcemy jej pomóc. W przyszłości Beauty zostanie matką lub zaopiekuje się osieroconymi pisklętami.

Craig Venter, sława wśród specjalistów badających DNA, stworzył pierwszy sztuczny chromosom. Praca Ventera nie została jeszcze oficjalnie zaprezentowana środowisku naukowemu, ale już teraz wiadomo, że wywoła ona gorące dyskusje. Sztuczny chromosom może pozwolić na kreowanie w przyszłości sztucznego życia, np. nowych gatunków roślin i zwierząt. Może się też przyczynić do powstania nieznanych dotąd źródeł energii i wspomóc ludzi walczących z globalnym ociepleniem. Nasuwa się też jednak wiele pytań o etyczną stronę takich działań oraz o to, jak na wprowadzenie nowych gatunków zareaguje ziemski ekosystem. Venter i jego zespół stworzyli chromosom składający się z 381 genów i 580 000 par zasad kodu genetycznego. Do eksperymentalnych badań wykorzystano bakterię Mycoplasma genitalium. Naukowcy usunęli z niej 20% genów, pozostawiając tylko te konieczne do podtrzymania życia. Następnie sztucznie zrekonstruowali chromosom. Nowy organizm nazwali Mycoplasma laboratorium. Uzyskana w ten sposób forma życia polega na mechanizmach replikacyjnych i metabolicznych gospodarza. Później stworzony przez ludzi kod genetyczny przeszczepiono innej bakterii.