De meesten van ons weten dat neuronen en andere cellen in het zenuwstelsel elektriciteit gebruiken om te communiceren. Maar wat wetenschappers de afgelopen decennia hebben geleerd, is dat alle cellen in het lichaam dit doen, waarbij ze elektriciteit gebruiken om met elkaar te 'praten' en beslissingen te nemen over groei en ontwikkeling.
gerelateerde inhoud
- Deze onthoofde wormen groeien oude herinneringen samen met nieuwe hoofden
Nu hebben onderzoekers van Tufts University ontdekt dat het manipuleren van de elektrische lading van cellen het vermogen van een organisme om infecties te bestrijden kan vergroten. Hoewel het onderzoek naar kikkervisjesembryo's ging, zou het fenomeen bij mensen waar kunnen zijn, het een nieuwe manier kunnen zijn om ziekten te bestrijden. Het kan ook leiden tot nieuwe manieren om verwondingen te herstellen, zelfs op een dag om lichaamsdelen te regenereren.
"Bio-elektriciteit is een verbazingwekkende nieuwe richting in de geneeskunde die veel verder gaat dan alleen infectie, " zegt Michael Levin, een professor in de biologie aan Tufts die het onderzoek leidde.
Elke cel in een levend lichaam bevat een kleine elektrische lading, gedefinieerd als het verschil tussen geladen atomen aan weerszijden van het celmembraan. Levin, die deze ladingen al jaren bestudeert, veronderstelde dat depolarisatie van de cellen - het verschil in lading tussen de binnenkant en de buitenkant van de cel verkleinen - een lichaam zou kunnen helpen infecties te bestrijden.
In de studie, die vandaag werd gepubliceerd in NPJ Regenerative Medicine, gebruikten de onderzoekers medicijnen om de cellen van kikkervisjesembryo's te depolariseren. Ze besmetten de embryo's vervolgens met E. coli . Terwijl 50 tot 70 procent van de gewone kikkervisjes die waren geïnfecteerd met E. coli stierven, stierf slechts 32 procent van de kikkervisjes met gedepolariseerde cellen.
Maar de onderzoekers moesten er nog steeds voor zorgen dat medicijnen de elektrische ladingen van de kikkervisjes daadwerkelijk veranderden, niet alleen de E. coli direct doden. Dus injecteerden ze kikkervisjes cellen met messenger RNA (mRNA) gecodeerd met informatie om de kikkervisjes cellen direct te depolariseren. Deze aanpak werkte op dezelfde manier als de medicamenteuze behandeling, wat suggereert dat het de depolarisatie is en niet de medicijnen die infecties bestrijden.
"Het effect was niet op de bacteriën, het was op de gastheer, " zegt Levin.
Er zijn twee soorten immuunsystemen aanwezig in alle gewervelde dieren, van kikkervisjes tot mensen. Er is het adaptieve immuunsysteem, dat werkt door te worden blootgesteld aan een specifieke ziekteverwekker. Nadat u een vaccin heeft gekregen, "onthoudt" het adaptieve immuunsysteem de ziekteverwekker en kan het ertegen vechten als u opnieuw wordt blootgesteld. Hetzelfde geldt voor als je in het wild wordt blootgesteld aan een ziekteverwekker, zoals als je waterpokken vangt. Het adaptieve immuunsysteem weet hoe het te bestrijden, dus het is veel minder waarschijnlijk dat u het ooit opnieuw zult vangen. Maar het adaptieve immuunsysteem werkt alleen op ziekteverwekkers die het herkent, dus het kan niet helpen als je wordt blootgesteld aan iets compleet nieuws. Dan is er het aangeboren immuunsysteem, dat zich op je vroegste momenten ontwikkelt als een bevrucht ei. Het valt elke ziekteverwekker aan met speciale bloedcellen en chemische bemiddelaars.
De depolarisatie werkt met het aangeboren immuunsysteem en helpt het meer van de krachten te bundelen, zoals macrofagen (een soort infectiebestrijdende witte bloedcel), nodig om infecties te bestrijden. Het is nog niet duidelijk waarom dit werkt, maar het heeft waarschijnlijk iets te maken met het manipuleren van de paden die worden gebruikt om te communiceren met het aangeboren immuunsysteem.
Het is ook bekend dat het aangeboren immuunsysteem ook helpt bij het regenereren en herstellen van weefsels. Levin en zijn team wisten dat kikkervisjes met geamputeerde staarten depolarisatie in hun cellen vertonen. Dus samenvattend, vroegen ze zich af of gewonde kikkervisjes daarom in staat zouden zijn om infecties beter te bestrijden. Dus geamputeerden ze de staarten van kikkervisjes en besmetten ze met E. coli . Die kikkervisjes waren in feite beter in staat om de infectie te bestrijden.
Dit kikkervisje is niet besmet met E. coli. Het heeft een relatief laag niveau van infectiebestrijdende leukocyten (in rood). (Tufts) 
Dit kikkervisje is geïnfecteerd met E. coli na depolarisatie van zijn cellen. Het heeft een relatief hoog niveau van infectiebestrijdende leukocyten (in rood). (Tufts) Maar zal deze bio-elektriciteit manipulatietechniek op mensen werken?
"De belangrijkste technologie die we gebruiken, namelijk medicijnen gebruiken en ook ionkanaal-mRNA om die cellen te depolariseren, die in elk wezen kunnen worden gebruikt, " zegt Levin. "In feite hebben we het gedaan in organismen, waaronder menselijke cellen."
Sommige medicijnen die kunnen worden gebruikt om cellen te depolariseren, zijn al goedgekeurd voor mensen. Ze omvatten antiparasitaire middelen en medicijnen voor hartritmestoornissen en epileptische aanvallen. Levin noemt deze medicijnen 'ionoceutica', omdat ze de polarisatie van de cel veranderen.
Het team gaat over op knaagdiermodellen. Als dat lukt, is testen op mensen mogelijk onderweg.
Maar er kunnen uitdagingen zijn bij het toepassen van een methode die werkt op embryonale kikkervisjes op een methode die werkt op niet-embryonale dieren. De paden die aanwezig zijn tijdens de embryonale ontwikkeling waardoor de cellen gedepolariseerd kunnen worden en het immuunsysteem activeren, zijn mogelijk niet meer aanwezig na de geboorte.
"Of we ze kunnen reageren zonder ongunstige effecten in onbekende, " zegt Jean-François Paré, een onderzoeksmedewerker in het laboratorium van Levin en de eerste auteur op het papier.
Naast het bestuderen van de effecten van depolarisatie op infecties, kijkt Levin's laboratorium ook naar hoe manipulatie van bio-elektriciteit kan helpen kanker te bestrijden, geboorteafwijkingen te herstellen en zelfs organen of ledematen te regenereren. Het team veronderstelt dat het mogelijk is om de manier waarop cellen hun beslissingen over groei en ontwikkeling elektrisch communiceren, te veranderen door hen te "beslissen" om een verloren vinger te laten groeien.
"We werken aan het verbeteren van het regeneratievermogen", zegt Levin. “Uiteindelijk is het doel om elk beschadigd orgaan te regenereren. Het klinkt als sci-fi, maar op een gegeven moment kunnen we deze dingen terug laten groeien. ”
