Wissenschaftler hoffen, dass ein gedankengesteuertes Implantat eines Tages bei der Bekämpfung neurologischer Erkrankungen wie chronischen Kopfschmerzen, Rückenschmerzen und Epilepsie helfen könnte.
"In der Lage zu sein, die Genexpression über die Kraft des Denkens zu steuern, ist ein Traum, den wir seit über einem Jahrzehnt verfolgen", sagte Martin Fussenegger. Bildnachweis: / Flickr
Ein Forscherteam hat eine neue Genregulationsmethode entwickelt, mit der gedankenspezifische Gehirnwellen die Umwandlung von Genen in Proteine steuern können Genexpression. Die Bioingenieure haben ihre Ergebnisse am 11. November 2014 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Martin Fussenegger ist Professor für Biotechnologie und Bioingenieurwesen am Departement Biosysteme der ETH Zürich, einer Universität für Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Technik, Mathematik und Management in der Schweiz. Er schrieb in einer Pressemitteilung auf Futurity.org:
Zum ersten Mal ist es uns gelungen, menschliche Gehirnströme abzugreifen, drahtlos in ein Gennetzwerk zu übertragen und die Expression eines Gens abhängig von der Art des Gedankens zu regulieren.
Die Kontrolle der Genexpression über die Kraft des Denkens ist ein Traum, den wir seit über einem Jahrzehnt verfolgen.
Eine Inspirationsquelle für das neue gedankengesteuerte Genregulationssystem sei das Spiel Mindflex gewesen, bei dem der Spieler ein spezielles EEG-Headset mit einem Sensor auf der Stirn trägt, der die Gehirnströme aufzeichnet.
Im Spiel wird dann das registrierte Elektroenzephalogramm (EEG) in die Spielumgebung übertragen. Das EEG steuert einen Ventilator, mit dem ein kleiner Ball durch einen Hindernislauf geführt werden kann.
Gedanken steuern eine Nahinfrarot-LED, die die Produktion eines Moleküls in einer Reaktionskammer startet. Bild via M. Fussenegger / ETH Zürich
In der Forschung dieser Wissenschaftler werden aufgezeichnete Gehirnwellen analysiert und drahtlos über Bluetooth an einen Controller übertragen, der wiederum einen Feldgenerator steuert, der ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das wiederum ein Implantat mit einem Induktionsstrom versorgt.
Im Implantat geht dann buchstäblich Licht an: Eine integrierte LED-Lampe, die Licht im nahen Infrarotbereich aussendet, schaltet sich ein und beleuchtet eine Kulturkammer mit gentechnisch veränderten Zellen. Wenn das nahe Infrarotlicht die Zellen beleuchtet, beginnen sie, das gewünschte Protein zu produzieren.
Das Implantat wurde zunächst in Zellkulturen und Mäusen getestet und durch die Gedanken verschiedener Probanden kontrolliert. Die Forscher verwendeten für die Tests SEAP, ein leicht nachweisbares menschliches Modellprotein, das aus der Kulturkammer des Implantats in die Blutbahn einer Maus diffundiert.
Um die Menge des freigesetzten Proteins zu regulieren, wurden die Testpersonen nach drei Geisteszuständen eingeteilt: Biofeedback, Meditation und Konzentration. Testpersonen, die Minecraft auf dem Computer spielten, d. H. Die sich konzentrierten, induzierten durchschnittliche SEAP-Werte im Blutstrom der Mäuse.
Bei völliger Entspannung (Meditation) verzeichneten die Forscher bei den Versuchstieren sehr hohe SEAP-Werte.
Für das Bio-Feedback beobachteten die Testpersonen das LED-Licht des Implantats im Körper der Maus und konnten das LED-Licht über das visuelle Feedback bewusst ein- oder ausschalten. Dies spiegelte sich wiederum in den unterschiedlichen Mengen an SEAP im Blutstrom der Mäuse wider. Fussenegger sagte:
Die Steuerung von Genen auf diese Weise ist völlig neu und in seiner Einfachheit einzigartig.
Die Wissenschaftler sagten weiter, dass die lichtempfindlichen optogenetisches Modul Ein besonderer Fortschritt ist die Reaktion auf Licht im nahen Infrarot. Das Licht strahlt auf ein modifiziertes lichtempfindliches Protein in den genmodifizierten Zellen und löst eine künstliche Signalkaskade aus, die zur Produktion von SEAP führt.
Nahinfrarotlicht wurde verwendet, da es für menschliche Zellen im Allgemeinen nicht schädlich ist, tief in das Gewebe eindringen kann und die Funktion des Implantats visuell verfolgt werden kann.
Das System arbeitet effizient und effektiv in der menschlichen Zellkultur und im Mensch-Maus-System. Fussenegger hofft, dass ein gedankengesteuertes Implantat eines Tages dazu beitragen kann, neurologische Erkrankungen wie chronische Kopfschmerzen, Rückenschmerzen und Epilepsie zu bekämpfen, indem bestimmte Gehirnströme frühzeitig erkannt und die Entstehung bestimmter Wirkstoffe im Implantat genau gesteuert werden die richtige Zeit.