De fleste af os ved, at neuroner og andre celler i nervesystemet bruger elektricitet til at kommunikere. Men hvad forskere har lært i de seneste årtier er, at alle celler i kroppen gør dette ved at bruge elektricitet til at "tale" med hinanden og træffe beslutninger om vækst og udvikling.
Relateret indhold
- Disse halshuggede orme vokser tilbage til gamle minder sammen med nye hoveder
Nu har forskere ved Tufts University opdaget, at manipulering af den elektriske ladning af celler kan øge en organisms evne til at bekæmpe infektion. Mens forskningen drejede sig om rumpetrollsembryoer, kunne fænomenet være sandt hos mennesker, det kunne være en ny måde at bekæmpe sygdom på. Det har også potentialet til at føre til nye måder at reparere skader på, selv en dag, og hjælpe med at regenerere kropsdele.
”Bioelektricitet er en fantastisk ny retning inden for medicin, der går langt ud over bare infektion, ” siger Michael Levin, professor i biologi ved Tufts, der ledede forskningen.
Hver celle i en levende krop indeholder en lille elektrisk ladning, defineret som forskellen mellem ladede atomer på hver side af cellens membran. Levin, der har undersøgt disse ladninger i årevis, antog, at depolarisering af cellerne - reducering af forskellen i ladning mellem indersiden og ydersiden af cellen - kunne hjælpe en krop med at bekæmpe infektioner.
I undersøgelsen, som blev offentliggjort i dag i npj Regenerative Medicine, brugte forskerne medicin til at depolarisere cellerne fra rumpetrollsembryoer. De inficerede derefter embryonerne med E. coli . Mens 50 til 70 procent af almindelige rumpetroller inficeret med E. coli døde, gjorde det kun 32 procent af rumpetraller med depolariserede celler.
Men forskerne havde stadig brug for at sikre, at medikamenter faktisk ændrede rumpehovedcellernes elektriske ladninger, ikke bare dræbte E. coli direkte. Så de injicerede rumpetræsceller med messenger-RNA (mRNA) kodet med information for at depolarisere rumpetræscellerne direkte. Denne tilgang fungerede på samme måde som medikamentbehandlingen, hvilket antyder, at det er depolariseringen og ikke de medikamenter, der bekæmper infektion.
”Virkningen var ikke på bakterierne, den var på værten, ” siger Levin.
Der er to typer immunsystemer til stede i alle hvirveldyr, fra rumpehuller til mennesker. Der er det adaptive immunsystem, der fungerer ved at blive udsat for et specifikt patogen. Når du har fået en vaccine, "husker" det adaptive immunsystem patogenet og kan kæmpe imod det, hvis du bliver udsat igen. Det samme gælder hvis du udsættes for et patogen i naturen, ligesom hvis du fanger hønsebæger. Det adaptive immunsystem ved, hvordan man bekæmper det, så det er langt mindre sandsynligt, at du nogensinde fanger det igen. Men det adaptive immunsystem fungerer kun på patogener, det genkender, så det kan ikke hjælpe, hvis du udsættes for noget helt nyt. Så er der det medfødte immunsystem, der udvikler sig i dine tidligste øjeblikke som et befrugtet æg. Det angriber ethvert patogen ved hjælp af specielle blodlegemer og kemiske mediatorer.
Depolarisationen fungerer med det medfødte immunsystem, hvilket hjælper det med at marsjere flere kræfter, såsom makrofager (en type infektionsbekæmpende hvide blodlegemer), der er nødvendige for at bekæmpe infektion. Det er endnu ikke klart, hvorfor dette fungerer, men det har sandsynligvis noget at gøre med at manipulere de veje, der bruges til at kommunikere med det medfødte immunsystem.
Det er også kendt, at det medfødte immunsystem også hjælper organismer med at regenerere og reparere væv. Levin og hans team vidste, at rumpehuller, der har deres haler amputeret, viser depolarisering i deres celler. Så ved at sætte ledetrådene sammen, spekulerede de på, om skadede rumpehuller derfor ville være i stand til at bekæmpe infektion bedre. Så de amputerede rumpetræs haler og inficerede dem med E. coli . Disse rumpehuller var faktisk bedre i stand til at bekæmpe infektionen.
Denne rumpetråde er ikke blevet inficeret med E. coli. Det har et relativt lavt niveau af infektionsbekæmpende leukocytter (i rødt). (Tufts) 
Denne rumpetråde er inficeret med E. coli efter depolarisering af dens celler. Det har et relativt højt niveau af infektionsbekæmpende leukocytter (i rødt). (Tufts) Men vil denne manipulationsteknik til bioelektricitet arbejde på mennesker?
”Den vigtigste teknologi, som vi bruger, som er at bruge medikamenter og også ionkanal-mRNA til at depolarisere disse celler, der kan bruges i enhver skabning, ” siger Levin. "Faktisk har vi gjort det i organismer, inklusive menneskelige celler."
Nogle af de medikamenter, der kan bruges til depolarisering af celler, er allerede godkendt til mennesker. De inkluderer antiparasitika og medikamenter mod hjertearytmier og anfald. Levin kalder disse medikamenter “ionoceutics”, da de ændrer cellens polarisering.
Holdet bevæger sig mod gnavermodeller. Hvis det er vellykket, kan menneskelig test være på vej.
Men der kan være udfordringer ved at anvende en metode, der fungerer på embryoniske rumpehuller til en, der fungerer på ikke-embryonale dyr. De veje, der er til stede under embryonal udvikling, der tillader cellerne at blive depolariserede og aktivere immunsystemet, er muligvis ikke til stede efter fødslen.
”Hvorvidt vi kan reagere dem uden skadelige virkninger i ukendt, ” siger Jean-François Paré, en forskningsassistent i Levins laboratorium og den første forfatter på papiret.
Ud over at studere depolarisationseffekter på infektion, ser Levins laboratorium også på, hvordan manipulering af bioelektricitet kan hjælpe med at bekæmpe kræft, reparere fødselsdefekter og endda regenerere organer eller lemmer. Holdet antager, at det er muligt at ændre den måde, celler celler elektrisk kommunikerer deres beslutninger om vækst og udvikling, og styrer dem til at "beslutte" at vokse tilbage, siger en mistet finger.
”Vi arbejder på at forbedre den regenererende evne, ” siger Levin. ”Målet er i sidste ende at være i stand til at regenerere ethvert organ, der er blevet beskadiget. Det lyder som sci-fi, men på et tidspunkt vil vi kunne dyrke disse ting tilbage. ”
