کنترل نانو روبات‌‌های DNA به وسیله مغز انسان

گروهی از دانشمندان حوزه علوم اعصاب محصولی را توسعه داده‎اند که از امواج مغزی انسان برای کنترل روبات‎های مبتنی بر DNA (قرار داده شده درون بدن سوسک) استفاده می‎کند. بعد از اعلام دستور از طریق فکر یک انسان، پوسته کلاهکی شکل روبات‎ها باز می‌شود و یک مولکول شبه‌دارو را آزاد می‎کند که فیزیولوژی سلول‎های سوسک را تغییر می‌دهد و آن را درخشان می‎کند. اگرچه این محصول صرفاً نمونه‎ای مفهومی‎ از این فناوری که بیان‌کننده فصل جدیدی از رابط‎های نانوماشینی مغزی است را نشان می‎دهد، اما می‎تواند حالات ذهنی یک فرد را به «بارهای فعال زیستی» پیوند دهد. تکنیک‎های آینده که بر اساس این نمونه اولیه ساخته می‎شوند، می‎تواند برای درمان اسکیزوفرنی، افسردگی و سایر اختلالات روانی مفید باشد. زیرا داروهای مورد نظر فقط زمانی فعال می‎شوند که امواج مغزی بیمار علائم غیرطبیعی را نشان می‎دهد.
دستکاری عملکرد بدن یک سوسک (و یا درنهایت یک انسان) تنها از طریق افکار شما یک مفهوم عجیب و شگفت‌انگیز است که در ابتدا سر شما را دربرمی‎گیرد، اما این دانشمندان فناوری خود را برای هدف دیگری (برطرف کردن پیچیدگی‎های تحویل دارو) در نظر گرفته‎اند.
رساندن داروها به جایی که شما می‎خواهید و در زمان مورد نظرتان، به‌ویژه برای داروهایی که داخل مغز کار می‎کنند کار بسیار دشواری است. وقتی ما یک قرص فعال عصبی را وارد می‎کنیم، برای مثال آدرال یا ریتالین برای بیش‌فعالی، مواد فعال در سراسر بدن گردش می‎کند. بعضی از آن‌ها فوراً توسط کبد تخریب می‎شوند و اثربخشی آن‌ها کاهش می‌یابد، برخی دیگر نیز از طریق جریان خون نفوذ می‎کنند و اغلب باعث عوارض جانبی می‎شوند. دانشمندان تلاش کرده‎اند تا این گونه مشکلات را با روکش‌دار کردن داروها به‌صورت قرص‎های پوشش‌دار یا ژله‎ای به‌منظور تأخیر در انتشار آن‌ها تا اندازه‎ای برطرف کنند، اما این سیستم‎ها به طور کامل کنترل نمی‎شوند، زیرا هیچ راهی برای غیرفعال کردن آن‌ها پس از لایه‌برداری پوشش وجود ندارد.
چند سال قبل گروهی از دانشمندان هاروارد به سرپرستی دکتر جورج چورچ راهکاری غیرعادی که خودشان آن را «نانوروبات‎های اوریگامی‎ DNA» نام‌گذاری کرده بودند معرفی کردند.این روبات‎های در مقیاس نانو که ظاهری شبیه به پوسته صدف داشتند، از رشته‎های مولکول‎های DNA مصنوعی ساخته شده بودند که تا زمان تحویل دارو آن را در خود حمل می‎کردند. برخلاف قرص‎هایی که به طور کنترل شده منتشر می‎شوند، این دارو در پوسته محفوظ شده است و نمی‎تواند به طور فیزیکی در بدن گردش کند. در عوض رهاسازی تنها زمانی انجام می‎شود که پوسته باز شده باشد و بعد از اینکه پوسته بسته می‎شود، تزریق دارو نیز بلافاصله مسدود می‎شود. باز کردن این نانوبات توسط دو قفل کنترل می‎شود که هرکدام یک رشته خاص از DNA به‌نام آپتامر است که به یک مولکول هدف (برای مثال، یک گیرنده در سطح سلول‎های سرطانی) متصل می‎شود. وقتی آپتامر روی هدف قفل می‎شود، این پوسته صدف شکل از هم باز و عمل رهاسازی دارو انجام می‎شود.
این گروه از پژوهشگران در یک مطلب خبری نوشتند: «این نانوبات‎ها اولین سیستمی‎ هستند که کنترل مطلق واقعی از مولکول‎های درمانی را میسر می‎سازند.» اما آن‌ها برای پیدا کردن اهداف مولکولی خاص به ما نیاز دارند تا این روبات بتواند به آن متصل شود. اتفاقی که در حال حاضر برای سرطان و اختلالات روانی سخت و تقريباً غیرممکن است. برای اینکه این نانوروبات‎های DNA بتوانند در چنین شرایطی کار کنند، به شیوه دیگری از کنترل نیاز داریم. این موضوعی است که فکر این گروه از دانشمندان را به خود مشغول کرده است. از آنجا که اختلالات روانی اغلب همراه با علائم آشکار فعالیت مغزی غیرطبیعی است که می‎تواند توسط EEG دریافت شود، چه می‎شود اگر ما از امواج مغزی برای کنترل نانوبات‎های DNA و آزادسازی دارو استفاده کنیم؟

ذهن پیش از ماده

این گروه برای آزمایش نظریه خود یک نمونه ساده و قابل اثبات از سیستم مفهومی‎ که می‎تواند برای استفاده درمانی واقعی بهینه شود را آماده کرد. ابتدا آن‌ها یک الگوریتم برای تشخیص بین الگوهای EEG از افراد در حالت استراحت و در حال انجام ارزیابی دقیق ذهنی را آموزش دادند. سپس یک مولکول درخشان (حمل‌کننده دارو) را به روبات‎های DNA خود متصل کردند، آن‌ها را با نانو ذرات آهن برچسب‌گذاری و روبات‎ها را به شکم سوسک‎های زنده که داخل کویل الکترومغناطیسی قرار گرفته بودند تزریق کردند. شبیه به آپتامرهایی که قبلاً استفاده می‎شدند این نانو ذرات آهن کلیدی هستند، آن‌ها شبیه به قفل‎هایی عمل می‎کنند که روبات DNA را کنترل می‎کند.

اگر EEG علائم ناشی از افسردگی پیش‌رونده را تشخیص دهد می‎تواند روبات‎های DNA را برای رساندن داروهای ضدافسردگی به‌میزان اندک قبل از تشدید علائم بیماری آماده‌سازی کند

انسانی که کلاه EEG را به سر گذاشته کنار این سیستم می‎نشیند و بعد از اعلام ذهن خود را آرام یا مسائل ریاضی را حل می‎کند. امواج مغزی به‌صورت بی‌درنگ رمزگشایی می‎شود و از آن برای تغییر حالت کویل الکترومغناطیسی استفاده می‎شود و در زمان محاسبات آن را روشن نگه می‎دارد. این تغییر در میدان الکترومغناطیسی نانو ذرات آهن را گرم می‎کند که به‌ نوبه خود پوسته را باز می‌کند و مولکول درخشان را تحت تأثیر قرار می‎دهد. 18 ثانیه بعد از فعال شدن میدان، دانشمندان سلول‎های درخشان را در بدن سوسک مشاهده کردند که بیان‌کننده موفقیت برنامه بود. از طرف دیگر، وقتی فرد مورد آزمايش با آرامش ذهنی کنترل را به دست می‎گیرد، پوسته‎های DNA شروع به بسته شدن می‎کنند و درخشندگی از بین می‎رود. این نشان می‎دهد که روبات‎ها از لحاظ فیزیکی همچنان سالم باقی مانده و با موفقیت غیرفعال شده‎اند. این گروه تحقيقاتی نوشت: «این یافته‎ها نشان می‎دهد که ارتباطی موفق بین موضوع آزمايش و روبات‎های DNA که درون بدن حیوانات قرار دارند شکل گرفته است.»

مطلب پیشنهادی

آزمايش دی‎ان‎ای، تهديد جدیدی برای حفظ حريم خصوصی

چه اتفاقی می‌افتد اگر شبکه‎های اجتماعی به اطلاعات ژنتیکی ما دست یابند؟

تله‎پاتی درمانی

این دانشمندان معتقدند که طرح‎های آینده از فناوری آن‌ها می‎تواند در مواقع لزوم برای خودکارسازی فرآیند آزادسازی دارو در انسان‎ها به کار گرفته شود. نویسنده این مقاله تحقيقاتی، ساچار آرنون توضیح می‎دهد: «این الگوريتم را می‎توان برای ردیابی حالاتی از مغز که در بیماران مبتلا به بیش‌فعالی یا اسکیزوفرنی دیده می‎شود یا بر اساس شرایط مورد نیاز شما آموزش داد. برای مثال، اگر EEG علائم ناشی از افسردگی پیش‌رونده را تشخیص دهد می‎تواند روبات‎های DNA را برای رساندن داروهای ضدافسردگی به‌میزان اندک قبل از تشدید علائم بیماری آماده‌سازی کند. با این روش، مغز همیشه با استفاده از داروهای پیشگیرانه از خود محافظت می‎کند. این یک ایده بلندپروازانه و مربوط به آینده است و هنوز مسائل و مشکلات بسیاری است که باید برطرف شود. یکی دیگر از این محققان به‌نام دکتر دورون فریدمن می‎گوید: «چالش اصلی اینجا است که چطور این سیستم را در دنیای واقعی به کار گیریم.»
او اضافه می‎کند: «اگرچه پیشرفت زیادی در زمینه فناوری‎های پوشیدنی صورت گرفته است، اما هنوز اندازه‌گیری امواج (EEG) با کیفیت بالا از مردم طی زندگی روزمره کار بسیار دشواری است.» برای اینکه این سیستم بتواند آن گونه كه برنامه‌ریزی شده کار کند، این گروه یک سمعک شبیه دستگاه EEG را تصور می‎کند که به طور مداوم و در خفا فعالیت‎های مغز را کنترل می‎کند. هنگامی‎ هم که یک ناهنجاری اتفاق افتاد این سمعک یک دستگاه پوشیدنی (برای مثال، ساعت هوشمند، عینک یا زیورآلات) را فعال می‎کند تا با ایجاد میدان‎های الکترومغناطیسی دارو را آزاد کند. اما فریدمن می‎گوید خود رمزگشایی فعالیت‎های مغزی به‌تنهایی کار بسیار مشکلی است. او می‎گوید در حال حاضر ما می‎توانیم برخی اختلافات در EEG بین بیماران مبتلا به اختلالات روانی را شناسایی و آن را در محیط آزمایشگاهی کنترل کنیم. اما در اختیار داشتن یک دستگاه عصب‌شناسی معتبر که در شرایط متفاوت به‌صورت لحظه‎ای کار کند، موضوعی است که سخت مشغول کار روی آن هستیم.  با تمام این اوصاف، این گروه به پیشرفت نوآوری خود خوش‌بین است. آرنون می‎گوید: «ما تازه سر نخ را پیدا کرده‎ایم.»
در این مطالعات، این گروه از فعالیت‎های مغزی به‌عنوان عامل محرکه استفاده کرده است. اما عوامل دیگری نیز هستند که در کنترل روبات‎های DNA تأثیرگذارند و این داده‎ها به طور فزاینده‎ قابل دسترس می‎شوند. برای مثال، اپلیکیشن‎های بررسی وضعیت قلب همین حالا هم برای دستگاه‎های موبایل موجود هستند و برخی از آن‌ها روی گجت‎هایی کار می‎کنند که قند خون و شرایط دیگر جسمانی را ردگیری می‎کنند.
از چنین ابداعی برای کمک به خوددرمانی در موارد لزوم نیز می‎توان استفاده کرد. فرض کنید بتوانيم از روبات‎های DNA برای آزادسازی ملاتونین با هدف رفع مشکل بی‌خوابی استفاده کنیم. اما درنهایت باز هم این مشکل امنیت است که به‌ویژه در فناوری‎های نوظهور مطرح است. چه اقداماتی باید انجام شود تا از استفاده افکار دیگران در به دست گرفتن کنترل فیزیولوژی ما جلوگیری شود؟ فریدمن می‎گوید: «به نظر می‎رسد هنوز کارهای زیادی در پیش داریم که باید انجام شود.» اما این نکته را نیز فراموش نکنید که هنوز در ابتدای راه دنیای ذهن حاکم بر بدن هستیم.