Сигнал мозку включає довгохвильовий ВК-світлодіод, який запускає виробництво молекул у реакційній камері.
Марк Фолхер (Marc Folcher) та інші дослідники з групи Мартіна Фуссенеггера (Martin Fussenegger), професора розташованої в Базелі кафедри біотехнології та біоінженерії Швейцарської вищої технічної школи Цюріха, розробили новий метод генної регуляції, що дозволяє використовувати певні мозкові хвилі для управління генною експресією.
"Вперше ми змогли, задіявши мозкові хвилі людини, щоб передавати сигнал без дротів у генну мережу, і регулювати експресію генів залежно від інтенсивності мислення. Можливість контролювати експресію генів силою думки - це мрія, до якої ми прагнули більше десяти років ", - говорить Фуссенеггер.
У системі, про яку біоінженери з Базеля розповіли в публікації в журналі Nature Communications, використовується ЕЕГ-гарнітура. Записані мозкові хвилі аналізуються і по бездротовому зв'язку (Bluetooth) передаються до контролера, який в свою чергу контролює генератор електромагнітного поля, що зв'язується з імплантом способом, заснованим на індуктивності.
В імплантат інтегрована світлодіодна лампа, що випромінює світло в ближньому інфрачервоному діапазоні. Вона включається і висвітлює культуру генетично модифікованих клітин, що міститься в спеціальній камері. Коли інфрачервоне світло впливає на клітини, вони починають виробляти потрібний білок. Схематичне представлення пристрою для активації генної експресії під управлінням подумкової активності. a - Бездротовий оптогенетичний імплантат лежить на генераторі поля. Монета гідністю 1 швейцарський франк (23 мм в діаметрі) дана для масштабу. Добре помітна камера з клітинною культурою. Обсяг камери - 0,5 мл. Дві її стінки - напівпроникні мембрани. b - Котушка-прийомник і світлодіод. c - Контроль якості імплантатів на поверхні генератора поля. d - Миша з імплантованим під шкіру бездротовим оптогенетичним пристроєм. e - Генератор поля.
Імплантат випробували на мишах - була використана спеціально створена клітинна культура, якою керували «силою думки» кілька випробовуваних. Дослідники використовували клітини, що виробляють людський білок SEAP, який дифундирував з культиваційної камери імплантату в кровотік миші.
Апаратура була налаштована таким чином, щоб по-різному реагувати на різні стани розумової активності людини. Стан підвищеної концентрації викликало виділення середнього рівня SEAP, розслабившись, людина провокувала збільшення продукції білка. Був випробуваний і режим «зворотного зв'язку» - людина бачила, коли світлодіод імплантату загоряється і регулював процес вольовим зусиллям.
«Управління генами таким способом - це щось абсолютно нове і унікальне у своїй простоті», - пояснює Фуссенеггер. Світочутливий оптогенетичний модуль, який реагує на ближнє інфрачервоне світло, є значним кроком вперед. Таке світло нешкідливе для людських клітин, воно глибоко проникає в тканини і дає можливість візуально відстежувати роботу імплантату.
Фуссенеггер сподівається, що імплантати, контрольовані «силою думки» в майбутньому зможуть допомогти в боротьбі з неврологічними захворюваннями (хронічні головні болі, болі в спині, епілепсія), виявляючи специфічні мозкові хвилі на ранній стадії і запускаючи і контролюючи виробництво певних агентів в імплантаті в потрібний час.