Ας μπούμε σήμερα σε μια (κυριολεκτικώς) ηλεκτρισμένη ατμόσφαιρα - μην ανησυχήσετε όμως, είναι για καλό. Σε μια άλλη (επιστημονική) σφαίρα στην οποία ηλεκτρόδια όχι μόνο θα καταγράφουν αν δεν πηγαίνει κάτι καλά εντός του οργανισμού μας αλλά και θα διορθώνουν το οποιοδήποτε πρόβλημα εν τη γενέσει του, προτού καν εμφανιστούν συμπτώματα, καταργώντας την ανάγκη φαρμάκων.
Μπορεί να σας μοιάζει με σενάριο επιστημονικής φαντασίας - απαιτεί άλλωστε πράγματι... πολλή φαντασία (επιστημονική) - αλλά η φαντασία έχει αρχίσει να μετατρέπεται σε πραγματικότητα, όπως αποδεικνύει μια νέα δημοσίευση που έγινε πρόσφατα στην επιθεώρηση της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ («Proceedings of the National Academy of Sciences», PNAS), πρώτος συγγραφέας της οποίας ήταν ο επίκουρος καθηγητής του Κέντρου Βιοηλεκτρονικής Ιατρικής στο Ινστιτούτο Ιατρικής Ερευνας Feinstein και του Τμήματος Μοριακής Ιατρικής της Ιατρικής Σχολής Hofstra/Northwell της Νέας Υόρκης κ. Θεόδωρος Ζάνος.
Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης μελέτης οι ερευνητές πέτυχαν για πρώτη φορά παγκοσμίως να αποκωδικοποιήσουν τα ειδικά σήματα τα οποία το νευρικό σύστημα χρησιμοποιεί για να «επικοινωνήσει» στον εγκέφαλο την κατάσταση του ανοσοποιητικού συστήματος και την ύπαρξη φλεγμονής. Με απλά λόγια η ομάδα «μετέφρασε» μια άκρως σημαντική και ακατάληπτη ως σήμερα «συνομιλία» μεταξύ νευρικού συστήματος και εγκεφάλου η οποία ελπίζεται ότι κάποια ημέρα θα γράψει ένα νέο, κεφαλαιώδους σημασίας... κεφάλαιο στην ιατρική.
Ο κ. Ζάνος μίλησε στο «Βήμα» για ένα μέλλον στο οποίο μικροσκοπικές συσκευές θα «ψυχανεμίζονται» την... ατμόσφαιρα σε διαφορετικά σημεία του σώματος, θα καταγράφουν τα σήματα που λαμβάνουν και μέσω ειδικών αλγορίθμων θα μετατρέπουν αυτή τη μέχρι πρότινος ακατανόητη πληροφορία σε πληροφορία άκρως χρήσιμη για τους ειδικούς. Και όχι μόνο αυτό: αφού το σήμα θα έχει ληφθεί και διαβαστεί, θα ακολουθεί η κατάλληλη θεραπευτική παρέμβαση μέσω ηλεκτρικής διέγερσης των σημείων που απαιτείται κάθε φορά. Αυτές είναι οι υποσχέσεις της βιοηλεκτρονικής ιατρικής, του πεδίου που χρησιμοποιεί τον ηλεκτρισμό για τη διάγνωση αλλά και τη θεραπεία νόσων, με το οποίο καταπιάνεται καθημερινά ο έλληνας ερευνητής και οι συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Feinstein. Και όπως καταλάβαμε από την ενδιαφέρουσα συζήτησή μας, όλοι τους πασχίζουν ώστε οι υποσχέσεις να μη μείνουν απλώς υποσχέσεις προς όφελος εκατομμυρίων ανθρώπων. Διαβάστε πώς.
Εγκαιρη αυτοΐαση
Ο έλληνας ερευνητής εξηγεί στο «Βήμα» ότι «η δημοσίευση στο PNAS αποτελεί ένα πρώτο βήμα προς τον απώτερο στόχο μας που είναι η ανάπτυξη συσκευών οι οποίες θα "συνομιλούν" με το νευρικό σύστημα και όταν εντοπίζουν πρόβλημα θα διεγείρουν τα κατάλληλα νεύρα λύνοντας το ζήτημα στη ρίζα του σε μια διαδικασία "αυτοΐασης", πριν καν εμφανιστούν συμπτώματα μιας νόσου». Φανταστείτε ότι οι συσκευές αυτές είναι αντίστοιχες με τους εμφυτεύσιμους διεγέρτες που χρησιμοποιούνται σήμερα για την αντιμετώπιση του Πάρκινσον, της επιληψίας ή της κατάθλιψης. «Μάλιστα σε παγκόσμιο επίπεδο εδώ και χρόνια εμφυτεύονται ηλεκτρόδια στο πνευμονογαστρικό νεύρο για αντιμετώπιση της επιληψίας. Το ίδιο νεύρο στοχεύσαμε και εμείς για να καταγράψουμε την επικοινωνία του νευρικού συστήματος με τον εγκέφαλο. Εμείς βέβαια επιθυμούμε μέσω εμφυτεύσιμων συσκευών να προηγούνται της... εκ των έσω θεραπευτικής παρέμβασης η καταγραφή και η διάγνωση νόσων. Και αυτό είναι πρωτοποριακό».
Η πρωτοπορία για την ομάδα του Feinstein έχει ήδη ξεκινήσει με τη μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα. Τι έδειξε αυτή η μελέτη; Να εξηγήσουμε αρχικώς ότι ήταν ήδη γνωστό πως το πνευμονογαστρικό νεύρο ελέγχει την παραγωγή κυτταροκινών, των πρωτεϊνών που συνδέονται με την εμφάνιση φλεγμονής σε πλήθος συστημάτων του οργανισμού. Εκείνο όμως που δεν ήταν γνωστό ήταν το εάν καθεμία κυτταροκίνη στέλνει στον εγκέφαλο ένα δικό της ξεχωριστό σήμα σε σχέση με την κατάσταση του ανοσοποιητικού συστήματος και την πιθανή ύπαρξη φλεγμονής. Οι ερευνητές πέτυχαν μέσα από πειράματα σε ποντίκια να αποκωδικοποιήσουν τα ξεχωριστά σήματα που αποστέλλουν στον εγκέφαλο δύο κυτταροκίνες, η ιντερλευκίνη 1β (IL-1β) και ο παράγοντας νέκρωσης όγκων (tumor necrosis factor, TNF).
Ακούγοντας τον οργανισμό
Ιδού ποια ήταν η διαδικασία ως την... επιτυχία, μέσα από τα λόγια του ίδιου του κ. Ζάνου: «Για να κάνουμε την καταγραφή των σημάτων εμφυτεύσαμε ένα ηλεκτρόδιο επάνω στο πνευμονογαστρικό νεύρο των ποντικιών στην περιοχή του λαιμού. Μια τέτοια επέμβαση διαρκεί περί τα 45 λεπτά και είναι μια διαδικασία ασφαλής, όπως έχουν αποδείξει οι χιλιάδες που έχουν διεξαχθεί από νευροχειρουργούς για την αντιμετώπιση προβλημάτων, όπως η επιληψία που προαναφέραμε. Υπάρχει βέβαια μια ειδοποιός διαφορά καθώς οι συσκευές αυτές κάνουν μόνο διέγερση και όχι καταγραφή. Για την τοποθέτηση συσκευής που θα κάνει καταγραφή απαιτείται ο χειρουργός να αφαιρέσει ένα μικρό τμήμα ιστού που περιβάλλει το νεύρο ώστε να λαμβάνονται τα σήματα που αποστέλλονται καλύτερα. Αλλά και πάλι δεν πρόκειται για ένα μεγάλο και δύσκολο χειρουργείο». Το ηλεκτρόδιο κατέγραφε τα ηλεκτρικά σήματα τα οποία και αποκωδικοποιήθηκαν μέσω ειδικών αλγορίθμων που ανέπτυξαν οι ειδικοί στο εργαστήριο. «Λαμβάναμε δηλαδή σήματα που δεν είχαμε ιδέα τι σημαίνουν και μέσω των αλγορίθμων τα μεταφράσαμε σε πληροφορία κατανοητή σχετικά με ύπαρξη φλεγμονών στον οργανισμό». Σύμφωνα με τον ερευνητή, αυτή η μετάφραση είναι άκρως σημαντική: «Αν μπορούμε να εντοπίσουμε τα πρώτα σημάδια μιας φλεγμονής τότε θα είμαστε και σε θέση να παρέμβουμε σε πολύ πρώιμο στάδιο, πριν καν εμφανιστούν συμπτώματα». Πρέπει βέβαια να τονιστεί ότι οι δύο κυτταροκίνες τα σήματα των οποίων αποκωδικοποίησαν οι επιστήμονες είναι... πανταχού παρούσες σε όλες τις φλεγμονές.
Ωραία λοιπόν, θα σκεφτόταν εύλογα κάποιος, αφού οι δύο αυτές πρωτεΐνες δίνουν το «παρών» αμέσως μόλις ξεκινήσει κάποια φλεγμονή στον οργανισμό, άρα μας δείχνουν και αμέσως ότι «γεννιέται» κάποιο πρόβλημα. Με δεδομένο όμως ότι εμφανίζονται σε όλες τις φλεγμονές, πώς μπορούμε να ξέρουμε ποιο σύστημα του οργανισμού εμφανίζει πρόβλημα; Στο εύλογο αυτό ερώτημα ο κ. Ζάνος απαντά ότι «πράγματι πρόκειται για ένα εύλογο ερώτημα που όμως αυτή τη στιγμή δεν έχει μια εύλογη απάντηση. Για να μπορούμε στο μέλλον να κάνουμε μια πιο εξειδικευμένη διάγνωση η πιο απλή λογική θα ήταν να μην τοποθετούμε ηλεκτρόδια επάνω στο πνευμονογαστρικό νεύρο στην περιοχή του λαιμού αλλά πολύ πιο κοντά σε κάθε όργανο, ώστε να βρισκόμαστε όσο πιο κοντά γίνεται στην "πηγή" του εκάστοτε σήματος. Η πιο σωστή λογική όμως, την οποία και προσπαθούμε να ακολουθήσουμε, είναι το να δούμε εάν μπορούμε να βρούμε διαφορές στον κώδικα μεταξύ των διαφορετικών σημάτων που λαμβάνουμε ώστε να είμαστε μελλοντικά σε θέση να διαχωρίσουμε από ποιο σημείο έρχεται το κάθε σήμα».
Νευρικός κόμβος
Για ποιον λόγο όμως οι ερευνητές στόχευσαν στη μελέτη τους το πνευμονογαστρικό νεύρο; Δεν είναι ένας, αλλά δύο, απαντά ο ερευνητής. «Κατ' αρχάς είναι ένα από τα εύκολα "προσβάσιμα" νεύρα για την τοποθέτηση ηλεκτροδίων ενώ παράλληλα πρόκειται για ένα νεύρο πολύ μεγάλο που επικοινωνεί σχεδόν με όλα τα σπλαγχνικά όργανα, οπότε μπορεί να αποτελέσει δίαυλο επικοινωνίας για το τι συμβαίνει σε πολλά συστήματα του οργανισμού. Για αυτόν τον λόγο άλλωστε μελετούμε το να τοποθετούμε στο μέλλον ηλεκτρόδια σε πολλά και διαφορετικά σημεία του νεύρου ώστε να λαμβάνουμε πληροφορίες από πολλούς στόχους. Ας μην ξεχνούμε ότι το πνευμονογαστρικό νεύρο μοιάζει σαν ένα καλώδιο με 100.000 άλλα καλώδια-παρακλάδια στον ανθρώπινο οργανισμό τα οποία φθάνουν ως τα περισσότερα περιφερικά όργανα του σώματός μας - τα καλώδια αυτά είναι ουσιαστικώς οι νευρικοί άξονες που μεταφέρουν πολύ χρήσιμες πληροφορίες τις οποίες μπορούμε να αξιοποιήσουμε».
Αυτό το... νευραλγικό νεύρο μπορεί λοιπόν να «μιλήσει» τόσο σχετικά με διαταραχές του ανοσοποιητικού συστήματος που οδηγούν σε αυτοάνοσα νοσήματα όπως η ρευματοειδής αρθρίτιδα, η νόσος του Crohn, ο ερυθηματώδης λύκος κ.ά., όσο και με προβλήματα σε όργανα όπως το πάγκρεας ή το ήπαρ καθώς διαθέτει και εκεί απολήξεις. «Εχουμε επίσης δει ότι η ίδια μέθοδος μπορεί να μας αποκαλύψει πολλά για τα μεταβολικά νοσήματα όπως ο διαβήτης. Ουσιαστικώς χρησιμοποιούμε τα ίδια νευρικά σήματα για να καταγράφουμε τα επίπεδα της γλυκόζης στο αίμα. Ετσι ελπίζουμε ότι μελλοντικά οι ασθενείς με διαβήτη δεν θα χρειάζεται να τρυπιούνται καθημερινά για να ελέγχουν το σάκχαρό τους. Μια μικρή συσκευή εμφυτευμένη εντός τους θα κάνει τον έλεγχο και ιδεατά στο μέλλον θα παρεμβαίνει κιόλας, όταν χρειάζεται, ώστε να επανέρχονται τα επίπεδα γλυκόζης στο φυσιολογικό - ίσως μέσω της σύνδεσης με μια αντλία ινσουλίνης, οπότε θα μιλάμε ουσιαστικώς για ένα κλειστό κύκλωμα που θα παρέχει διάγνωση και πολύ πρώιμη παρέμβαση, πριν καν την εμφάνιση οποιουδήποτε συμπτώματος. Εχουμε ήδη ολοκληρώσει μελέτη σε ποντίκια σχετικά με τον διαβήτη και ελπίζουμε μέσα στο καλοκαίρι να γίνει η σχετική δημοσίευση».
Ευρείες εφαρμογές
Μια άλλη πιθανή εφαρμογή αφορά την πνευμονική υπέρταση - μάλιστα στη συγκεκριμένη έρευνα μπαίνει στην εικόνα και ένας έτερος κ. Ζάνος, συγκεκριμένα ο κ. Σταύρος Ζάνος, νευροφυσιολόγος επίσης στο Feinstein και αδελφός του Θεόδωρου. Μάλιστα, μετά το καλοκαίρι ο κ. Σταύρος Ζάνος με την αρωγή του αδελφού του ξεκινά πειράματα σχετικά με την πνευμονική υπέρταση και πάντα με βάση τη βιοηλεκτρονική ιατρική σε χοίρους - ένα πολύ καλύτερο πειραματικό μοντέλο σε σύγκριση με το ποντίκι σε ό,τι αφορά το μέγεθος του πνευμονογαστρικού νεύρου το οποίο προσομοιάζει με το μέγεθος του ανθρώπινου.
Ενας τρίτος άξονας μεγάλου ενδιαφέροντος για την ερευνητική ομάδα του Feinstein που... περνά από το πνευμονογαστρικό νεύρο αφορά προβλήματα νευρολογικής φύσεως. «Πιστεύουμε ότι από τα σήματα που λαμβάνουμε μέσω του πνευμονογαστρικού νεύρου θα είμαστε σε θέση να εντοπίζουμε νευρολογικές βλάβες που προκαλούνται π.χ. εξαιτίας εγκεφαλικού επεισοδίου. Ηδη ο αδελφός μου διενεργεί μελέτες σε πειραματόζωα σχετικά με τα εγκεφαλικά επεισόδια. Ισως στο μέλλον διερευνήσουμε και την πιθανότητα να μπορεί να εφαρμοστεί η ίδια μέθοδος και για τη διάγνωση των νευροεκφυλιστικών νοσημάτων όπως η νόσος Αλτσχάιμερ ή η νόσος του Πάρκινσον» λέει ο έλληνας επιστήμονας.
Δεν είναι όμως το πνευμονογαστρικό νεύρο το μόνο που μπορεί να «μιλήσει» για προβλήματα του ανθρώπινου σώματος. Υπάρχουν και άλλα που βρίσκονται στο στόχαστρο ερευνητικών ομάδων οι οποίες ασχολούνται με τη βιοηλεκτρονική ιατρική, όπως το τρίδυμο νεύρο. Ο ερευνητής εξηγεί ότι «κάποιες ομάδες μελετούν το τρίδυμο νεύρο, ένα μεγάλο νεύρο που αποτελείται από τρεις κλάδους και νευρώνει το πρόσωπό μας (υπάρχουν μάλιστα δύο τρίδυμα νεύρα, ένα σε κάθε πλευρά του προσώπου) για την αντιμετώπιση των πονοκεφάλων και των ημικρανιών. Υποψήφια θα μπορούσαν να είναι και τα νεύρα της σπονδυλικής στήλης, ωστόσο ιδιαιτέρως η περιοχή της σπονδυλικής στήλης είναι τόσο ευαίσθητη, ώστε δύσκολα μπορεί κάποιος να ασχοληθεί με διέγερσή της - η δική μας ομάδα για παράδειγμα δεν την... ακουμπά».
Το μέλλον της ιατρικής
Ο κ. Ζάνος οραματίζεται μια μέρα στην οποία τα ηλεκτρόδια και οι κατάλληλοι αλγόριθμοι θα μπορούσαν ακόμη και να καταργήσουν τα φάρμακα για πλήθος νόσων. Μια μέρα που μια μικρή συσκευή τοποθετημένη εντός μας θα διαγιγνώσκει τις φλεγμονές εν τη γενέσει τους και θα παρεμβαίνει στο κατάλληλο κάθε φορά σημείο ώστε να «σβήνει τις φωτιές» προτού καν… ξεσπάσουν πυροδοτώντας βλάβες στον οργανισμό. «Τελικός μας στόχος είναι να δημιουργήσουμε συσκευές οι οποίες θα ελέγχουν την κατάσταση της υγείας ανά πάσα στιγμή και θα παρεμβαίνουν όταν εντοπίζουν πρόβλημα διορθώνοντάς το και χωρίς εκείνος που τις "φορά" να έχει καταλάβει τίποτα».
Ολα αυτά φαντάζουν ιδανικά - διάγνωση και θεραπεία... εκ των έσω χωρίς καμία ταλαιπωρία. Είναι όμως πράγματι τόσο ιδανικά; Δεν υπάρχουν μειονεκτήματα της προσέγγισης, δεν υπάρχουν παρενέργειες; Ο κ. Ζάνος διευκρινίζει ότι «κλινικές δοκιμές που τρέχουν αυτή τη στιγμή στην Ολλανδία και στην Κροατία σε ασθενείς με ρευματοειδή αρθρίτιδα που δεν ανταποκρίνονται σε καμία φαρμακευτική θεραπεία και οι οποίες αφορούν διέγερση του πνευμονογαστρικού νεύρου έχουν δώσει πολύ καλά αποτελέσματα στην αντιμετώπιση της ανθεκτικής νόσου. Σε ό,τι αφορά τις ανεπιθύμητες ενέργειες εμφανίζονται κάποιες ήπιες και διαχειρίσιμες στη λειτουργία της καρδιάς. Συγχρόνως επειδή η διέγερση γίνεται στην περιοχή του λαιμού, δίπλα στον λάρυγγα, σε κάποιες περιπτώσεις έχει εμφανιστεί και μια βραχνάδα, μια αλλαγή στη χροιά της φωνής. Να σημειώσουμε ότι αντίστοιχες δοκιμές θα ξεκινήσουν τώρα και στις ΗΠΑ». Ο επιστήμονας προσθέτει ότι «στο μέλλον ευελπιστούμε ότι οι παρενέργειες θα είναι ακόμη λιγότερες καθώς μέσα από τις δοκιμές μαθαίνουμε και εμείς το πώς θα επιτύχουμε την καλύτερη δυνατή διέγερση του νεύρου στα σημεία που πρέπει ανάλογα με την κάθε νόσο μειώνοντας τον κίνδυνο ανεπιθύμητων ενεργειών».
Υστερα από όλα αυτά, μάλλον καλό θα ήταν να κρατήσουμε όλοι στο μυαλό μας τον όρο «βιοηλεκτρονική ιατρική» διότι θα είναι από εκείνους που πιθανότατα θα θέσουν νέους... όρους στην ιατρική του μέλλοντος!
Νευρικό μπαϊπάς εναντίον παράλυσης
Η ομάδα του Ινστιτούτου Ιατρικής Ερευνας Feinstein στη Νέα Υόρκη, της οποίας ο έλληνας επίκουρος καθηγητής κ. Θεόδωρος Ζάνος είναι μέλος, ασχολείται και με ένα άλλο ενδιαφέρον πεδίο το οποίο αφορά την αποκωδικοποίηση σημάτων του εγκεφάλου σε άτομα με σοβαρούς τραυματισμούς της σπονδυλικής στήλης που τα έχουν καταστήσει παράλυτα. Αυτό που προσπαθούν οι ειδικοί είναι να κάνουν το επονομαζόμενο νευρικό bypass, παρακάμπτοντας ουσιαστικώς το σημείο της βλάβης και επιτυγχάνοντας να κινήσουν τα άκρα μέσω ηλεκτρικής διέγερσης. Ο κ. Ζάνος εξηγεί ότι «έχουν ήδη διεξαχθεί πειράματα της μεθόδου τόσο σε ποντίκια όσο και σε πιθήκους. Αυτή τη στιγμή βρισκόμαστε σε αναζήτηση ασθενών στους οποίους θα μπορέσουμε να εμφυτεύσουμε ηλεκτρόδια και με βάση τους κατάλληλους αλγορίθμους μας θα καταλαβαίνουμε πότε ο ασθενής επιθυμεί να κινήσει το χέρι ή το πόδι του και θα ενεργοποιούμε την κίνηση στέλνοντας ηλεκτρισμό κατευθείαν στους μυς του».