De fleste av oss vet at nevroner og andre celler i nervesystemet bruker strøm for å kommunisere. Men det forskerne har lært de siste tiårene er at alle celler i kroppen gjør dette ved å bruke strøm for å "snakke" med hverandre og ta beslutninger om vekst og utvikling.
Relatert innhold
- Disse halshuggede ormene vokser tilbake til gamle minner sammen med nye hoder
Nå har forskere ved Tufts University oppdaget at å manipulere den elektriske ladningen til celler kan øke en organisms evne til å bekjempe infeksjon. Mens forskningen dreide seg om rumpetrollsembryoer, kan fenomenet være en ny måte å bekjempe sykdom hvis fenomenet stemmer. Det har også potensial til å føre til nye måter å reparere skader på, til og med, en dag, og hjelper med å gjenopprette kroppsdeler.
"Bioelektrisitet er en fantastisk ny retning innen medisin som går langt utover bare infeksjon, " sier Michael Levin, professor i biologi ved Tufts som ledet forskningen.
Hver celle i en levende kropp inneholder en liten elektrisk ladning, definert som forskjellen mellom ladede atomer på hver side av cellens membran. Levin, som har studert disse anklagene i flere år, antok at det å depolarisere cellene - redusere forskjellen i ladning mellom innsiden og utsiden av cellen - kan hjelpe en kropp til å bekjempe infeksjon.
I studien, som ble publisert i dag i npj Regenerative Medicine, brukte forskerne medisiner for å depolarisere cellene til rumpetrollembryoer. De infiserte deretter embryoene med E. coli . Mens 50 til 70 prosent av vanlige rumpetroll infisert med E. coli døde, gjorde bare 32 prosent av rumpetrollene med depolariserte celler.
Men forskerne trengte fortsatt å forsikre seg om at medikamenter faktisk endret elektriske ladetrollceller, og ikke bare drepe E. coli direkte. Så de injiserte rumpetrollceller med messenger RNA (mRNA) kodet med informasjon for å depolarisere rumpetrollens celler direkte. Denne tilnærmingen fungerte på samme måte som medikamentell behandling, og antydet at det er depolarisering og ikke medisiner som bekjemper infeksjon.
"Effekten var ikke på bakteriene, den var på verten, " sier Levin.
Det er to typer immunsystem i alle virveldyr, fra rumpetroll til mennesker. Det er det adaptive immunforsvaret, som fungerer ved å bli utsatt for et spesifikt patogen. Etter at du har fått en vaksine, "husker" det adaptive immunforsvaret patogenet og kan kjempe mot det hvis du blir utsatt igjen. Det samme gjelder hvis du blir utsatt for et patogen i naturen, som hvis du fanger vannkopper. Det adaptive immunforsvaret vet hvordan du skal bekjempe det, så det er langt mindre sannsynlig at du noen gang fanger det igjen. Men det adaptive immunsystemet fungerer bare på patogener det gjenkjenner, så det kan ikke hjelpe hvis du blir utsatt for noe helt nytt. Så er det det medfødte immunforsvaret, som utvikler seg i de første øyeblikkene som et befruktet egg. Den angriper eventuelt patogen ved hjelp av spesielle blodceller og kjemiske formidlere.
Depolarisasjonen fungerer med det medfødte immunforsvaret, og hjelper det med å marsjere mer av kreftene, for eksempel makrofager (en type infeksjonsbekjempende hvite blodlegemer), som er nødvendig for å bekjempe infeksjon. Det er foreløpig ikke klart hvorfor dette fungerer, men det har sannsynligvis noe å gjøre med å manipulere traséene som brukes til å kommunisere med det medfødte immunforsvaret.
Det er også kjent at det medfødte immunforsvaret også hjelper organismer med å regenerere og reparere vev. Levin og teamet hans visste at rumpetrollene som har amputert haler viser depolarisering i cellene. Så å sette ledetrådene sammen, lurte de på om skadde rumpetroll derfor ville kunne bekjempe smitte bedre. Så de amputerte rumpetrollens haler og infiserte dem med E. coli . Disse rumpetrollene var faktisk bedre i stand til å bekjempe infeksjonen.
Denne rumpetroll er ikke blitt infisert med E. coli. Den har et relativt lavt nivå av leukocytter mot infeksjonsbekjempelse (i rødt). (Tufts) 
Denne rumpetroll er blitt infisert med E. coli etter depolarisering av cellene. Den har et relativt høyt nivå av infeksjonsbekjempende leukocytter (i rødt). (Tufts) Men vil denne manipuleringsteknikken med bioelektrisitet fungere på mennesker?
"Den viktigste teknologien vi bruker, som er å bruke medisiner og også ionekanal-mRNA for å depolarisere disse cellene, som kan brukes i enhver skapning, " sier Levin. "Vi har faktisk gjort det i organismer inkludert menneskelige celler."
Noen av medisinene som kan brukes til å depolarisere celler er allerede godkjent for mennesker. De inkluderer antiparasittmidler og medisiner mot hjerterytmier og anfall. Levin kaller disse medisinene "ionoceutics", når de endrer cellens polarisering.
Teamet går videre til gnagermodeller. Hvis det er vellykket, kan menneskelig testing være nede.
Men det kan være utfordringer med å bruke en metode som fungerer på embryonale rumpetroll til en som fungerer på ikke-embryonale dyr. Banene som er tilstede under embryonal utvikling som lar cellene bli depolariserte og aktivere immunsystemet, er kanskje ikke til stede etter fødselen.
"Hvorvidt vi kan reagere dem uten skadelige effekter i ukjente, " sier Jean-François Paré, en forskningsassistent i Levins laboratorium og den første forfatteren på papiret.
I tillegg til å studere depolarisasjonseffekter på infeksjon, ser Levins laboratorium også på hvordan manipulering av bioelektrisitet kan bidra til å bekjempe kreft, reparere fødselsdefekter og til og med gjenopprette organer eller lemmer. Teamet antar at det er mulig å endre måten celler elektrisk kommuniserer sine beslutninger om vekst og utvikling, og styre dem til å "bestemme" å gjenveve, si, en tapt finger.
"Vi jobber med å styrke den regenererende evnen, " sier Levin. Målet er til slutt å kunne regenerere ethvert organ som har blitt skadet. Det høres ut som sci-fi, men på et tidspunkt vil vi kunne utvide disse tingene. "
