«Умные» наноботы впрыскивают вещества, реагируя на состояние мозга

Представьте, что по вашему кровотоку курсируют миллионы наноботов с разными лекарствами (и не только лекарствами, но и другими веществами: например, стимуляторами). По желанию вы мысленно снимаете «замок», активируете ботов — и получаете необходимую дозу. Более того, наноботы способны срабатывать автоматически, реагируя на состояние мозга. Например, при увеличении агрессии или тревожности, при излишнем возбуждении человеку автоматически впрыскивается успокоительное. При усталости — кофеин и другие энергетики. При печали — антидепрессант. Да что тут говорить, такие наноботы могут даже поддерживать постоянный безопасный уровень алкоголя в крови, не превышая его!

Подобная фантастика станет возможной, если получит развитие уникальная технология мысленного контроля и дистанционной активации наноботов с лекарствами, которую разработали специалисты Межотраслевого центра в Герцлии и Университета им. Бар-Илана в Рамат-Гане (оба научных заведения находятся в Израиле).

В данный момент технология пока находится в зачаточном состоянии. Учёные сумели сконструировать только контейнеры для лекарств с «замком», который открывается под воздействием электромагнитного излучения. Предполагается, что человек должен носить с собой источник-передатчик такого ЭМИ, а этот передатчик должен подключаться к носимому сканеру головного мозга, который снимает электроэнцефалограмму в реальном времени. При регистрации определённой активности мозга сканер подаёт сигнал — и срабатывает передатчик ЭМИ. В электромагнитном поле «замок» нанобота открывается — и нужное лекарство поступает в организм.

Алгоритм срабатывания нанобота, который выделяет лекарство в организм таракана по мысленной команде человека (опыты проводились на тараканах). Слева внизу показана структура экспериментального протокола, в котором значения 1 и 0 соответствуют наличию или отсутствию когнитивной активности у человека, а справа внизу — классификация реального наличия/отсутствия мозговой активности по классификации рабочего протокола SLACC

Во время экспериментальных испытаний наголовный сканер запрограммировали распознавать не какую-то определённую активность мозга, а любую активность. То есть в отсутствие мозговой активности передатчик ЭМИ не получал никаких команд, а при появлении мозговой активности — вступали в действие наноботы в организме и впрыскивали таракану лекарство (опыты проводились на тараканах). Испытания прошли успешно.

Нанороботы выделили лекарство в организм этого таракана усилием человеческой мысли. Фото: National Geographic Photo Ark/Getty

Главной инновацией в этой научной работе является конструкция нанобота, разработанного из молекул ДНК по методу оригами с помощью компьютерной программы caDNAno 2.0 (файлы для изготовления ДНК-нанороботов приложены к научной работе). Роботы изготовлены из молекул ssDNA, взятых у вируса-бактериофага M13mp18 в качестве каркаса, остальные части изготовлены под заказ компанией Integrated DNA Technologies. Фолдинг роботов-оригами производился в трис-ацетатном буфере (стандартном буферном растворе) при стандартном температурном цикле для фолдинга.

Нанороботы представляют собой миниатюрные лекарственные контейнеры с «замком», в котором цепочки ДНК химически связаны с наночастицей из оксида железа, которая реагирует на электромагнитное излучение (на иллюстрации слева вверху). В качестве лекарства использовался флуоресцентный материал, и на диаграмме слева внизу показано изменение уровня флуоресценции при активации передатчика ЭМИ.

Измерение с помощью проточной цитометрии показало, что роботы не разрушаются после открытия замка. На диаграмме справа внизу показано количество закрытых роботов в потоке (чёрным), открытых роботов (зелёным) и дистанционно активированных роботов (маджентой).

Теперь изобретателям нужно откалибровать сканер на различные виды мозговой активности, а также создать разные типы «замков» для наноботов, чтобы одновременно можно было носить в организме разные виды лекарств. Кроме того, полезно будет наладить контакт передатчика с другими сенсорами, не только с мозгом. Например, с сенсором, определяющим концентрацию алкоголя или сахара в крови. В этом случае наноботы будут впрыскивать вещество независимо от желания человека, по показаниям сенсоров.

Кроме того, следует разработать более компактные портативные мозговые сканеры, которые человек может носить постоянно каждый день. Авторы изобретения предполагают, что такие устройства будут выглядеть довольно стильно, как спортивная повязка на лбу. А в роли излучателя ЭМИ выступит, например, фитнес-браслет.

Учёные полагают, что такая технология в будущем может найти применения для лечения психических болезней, в том числе шизофрении. Алгоритм можно настроить на определение разных видов мозговой активности: «Алгоритм может отслеживать состояние мозга, которое лежит в основе СДВГ или шизофрении, например. Его можно модифицировать под ваши нужды, — говорит Шахар Арнон (Sachar Arnon), член научно-исследовательской группы из Межотраслевого центра в Герцлии.

Другими словами, лекарство будет выпущено в организм человека ещё до того, как человек осознал необходимость принять лекарство. Это особенно полезно в тех случаях, когда человек не в состоянии осознать такую необходимость.

«Умные» лекарства с дистанционным управлением — очень привлекательная и перспективная технология. Главное, чтобы она не попала в руки злоумышленников. Вдруг в несвободных странах с диктаторскими режимами у властей появится соблазн контролировать мысли граждан, автоматически впрыскивая им лекарство при появлении определённой мозговой активности?

Научная работа израильских учёных опубликована 15 августа 2016 года в журнале PLoS ONE (doi:10.1371/journal.pone.0161227).

Представьте, что по вашему кровотоку курсируют миллионы наноботов с разными лекарствами (и не только лекарствами, но и другими веществами: например, стимуляторами). По желанию вы мысленно снимаете «замок», активируете ботов — и получаете необходимую дозу. Более того, наноботы способны срабатывать автоматически, реагируя на состояние мозга. Например, при увеличении агрессии или тревожности, при излишнем возбуждении человеку автоматически впрыскивается успокоительное. При усталости — кофеин и другие энергетики. При печали — антидепрессант. Да что тут говорить, такие наноботы могут даже поддерживать постоянный безопасный уровень алкоголя в крови, не превышая его!

Подобная фантастика станет возможной, если получит развитие уникальная технология мысленного контроля и дистанционной активации наноботов с лекарствами, которую разработали специалисты Межотраслевого центра в Герцлии и Университета им. Бар-Илана в Рамат-Гане (оба научных заведения находятся в Израиле).

В данный момент технология пока находится в зачаточном состоянии. Учёные сумели сконструировать только контейнеры для лекарств с «замком», который открывается под воздействием электромагнитного излучения. Предполагается, что человек должен носить с собой источник-передатчик такого ЭМИ, а этот передатчик должен подключаться к носимому сканеру головного мозга, который снимает электроэнцефалограмму в реальном времени. При регистрации определённой активности мозга сканер подаёт сигнал — и срабатывает передатчик ЭМИ. В электромагнитном поле «замок» нанобота открывается — и нужное лекарство поступает в организм.

Алгоритм срабатывания нанобота, который выделяет лекарство в организм таракана по мысленной команде человека (опыты проводились на тараканах). Слева внизу показана структура экспериментального протокола, в котором значения 1 и 0 соответствуют наличию или отсутствию когнитивной активности у человека, а справа внизу — классификация реального наличия/отсутствия мозговой активности по классификации рабочего протокола SLACC

Во время экспериментальных испытаний наголовный сканер запрограммировали распознавать не какую-то определённую активность мозга, а любую активность. То есть в отсутствие мозговой активности передатчик ЭМИ не получал никаких команд, а при появлении мозговой активности — вступали в действие наноботы в организме и впрыскивали таракану лекарство (опыты проводились на тараканах). Испытания прошли успешно.

Нанороботы выделили лекарство в организм этого таракана усилием человеческой мысли. Фото: National Geographic Photo Ark/Getty

Главной инновацией в этой научной работе является конструкция нанобота, разработанного из молекул ДНК по методу оригами с помощью компьютерной программы caDNAno 2.0 (файлы для изготовления ДНК-нанороботов приложены к научной работе). Роботы изготовлены из молекул ssDNA, взятых у вируса-бактериофага M13mp18 в качестве каркаса, остальные части изготовлены под заказ компанией Integrated DNA Technologies. Фолдинг роботов-оригами производился в трис-ацетатном буфере (стандартном буферном растворе) при стандартном температурном цикле для фолдинга.

Нанороботы представляют собой миниатюрные лекарственные контейнеры с «замком», в котором цепочки ДНК химически связаны с наночастицей из оксида железа, которая реагирует на электромагнитное излучение (на иллюстрации слева вверху). В качестве лекарства использовался флуоресцентный материал, и на диаграмме слева внизу показано изменение уровня флуоресценции при активации передатчика ЭМИ.

Измерение с помощью проточной цитометрии показало, что роботы не разрушаются после открытия замка. На диаграмме справа внизу показано количество закрытых роботов в потоке (чёрным), открытых роботов (зелёным) и дистанционно активированных роботов (маджентой).

Теперь изобретателям нужно откалибровать сканер на различные виды мозговой активности, а также создать разные типы «замков» для наноботов, чтобы одновременно можно было носить в организме разные виды лекарств. Кроме того, полезно будет наладить контакт передатчика с другими сенсорами, не только с мозгом. Например, с сенсором, определяющим концентрацию алкоголя или сахара в крови. В этом случае наноботы будут впрыскивать вещество независимо от желания человека, по показаниям сенсоров.

Кроме того, следует разработать более компактные портативные мозговые сканеры, которые человек может носить постоянно каждый день. Авторы изобретения предполагают, что такие устройства будут выглядеть довольно стильно, как спортивная повязка на лбу. А в роли излучателя ЭМИ выступит, например, фитнес-браслет.

Учёные полагают, что такая технология в будущем может найти применения для лечения психических болезней, в том числе шизофрении. Алгоритм можно настроить на определение разных видов мозговой активности: «Алгоритм может отслеживать состояние мозга, которое лежит в основе СДВГ или шизофрении, например. Его можно модифицировать под ваши нужды, — говорит Шахар Арнон (Sachar Arnon), член научно-исследовательской группы из Межотраслевого центра в Герцлии.

Другими словами, лекарство будет выпущено в организм человека ещё до того, как человек осознал необходимость принять лекарство. Это особенно полезно в тех случаях, когда человек не в состоянии осознать такую необходимость.

«Умные» лекарства с дистанционным управлением — очень привлекательная и перспективная технология. Главное, чтобы она не попала в руки злоумышленников. Вдруг в несвободных странах с диктаторскими режимами у властей появится соблазн контролировать мысли граждан, автоматически впрыскивая им лекарство при появлении определённой мозговой активности?

Научная работа израильских учёных опубликована 15 августа 2016 года в журнале PLoS ONE (doi:10.1371/journal.pone.0161227).