homuncul

The Body Electric: главный по биоэлектричеству

Давно хотел написать про уникальные эксперименты Майкла Левина из Университета Тафтса (Бостон, США). Он возится с лягушками (в основном, хотя и не только) и умеет вызывать у них рост лапы или глаза с помощью электричества. Далекая и главная цель его работы – открыть технологию регенерации человеческого тела. Тогда вместо замечательного протеза, инвалид мог бы отрастить настоящую руку. Больной – заменить отказывающий орган, слепой – получить здоровые глаза.

Уникальность в том, что Левин не использует стволовые клетки и не ковыряется в ДНК. Метод сводится к управлению клеточными каналами, пропускающими ток ионов через оболочку клеток. Иными словами, он меняет напряжение клеточных мембран в выбранном месте тела, и этого достаточно, чтобы запустить процесс регенерации.

Левин занимается биоэлектрическими опытами уже второй десяток лет. Они привели его к мысли (которая высказывалась и эмбриологами домолекулярных времен), что любой сложный организм поддерживает динамическую разметку собственного тела. Рост органов и структур полагается на эту разметку, а при ее возмущении возникает уродство либо опухоль. Левин считает, что разметка (или координатная сеть) заключена в электрических состояниях клеток – аналогично памяти мозга, хранимой в электрической динамике нейронов.

Такая гипотеза ведет к интересной картине: ткани используют принципы обработки и хранения информации, близкие к тем, что использует мозг. Предельно упрощая, тканевая структура или орган – это тоже примитивный своего рода мозг. Они помнят свою форму, производят вычисления и принимают решения о росте (и о прекращении роста, что не менее важно). За таким представлением стоит богатая история эмбриологии, с забытыми опытами начала и середины прошлого века, опытами Беккера и многих других. Взглядами Дриша, Д’Арси Томпсона, Гурвича, Полани и др.

Много лет Левин идет не в ногу с мейнстримом, но практические результаты у него, как минимум, не хуже. Особенно учитывая, что стволовиков и генетиков много, а он один. Его история, как он к этому пришел, будучи изначально специалистом в computer science, сама по себе поучительна. Только незаурядный человек потянул бы это направление в реальности нынешней науки, и Левин – незаурядный. Подробнее про него и его эксперименты я написал в Русском Репортере, приглашаю почитать.

Здесь лишь проиллюстрирую фрагмент из текста:
С помощью специальных красителей он мог видеть, как по растущему организму прокатываются медленные волны — это клетки меняли напряжение своих мембран. Его сотрудники даже сняли на видео, как внутри икринки на бесформенном эмбрионе сперва появляется «электрическое лицо» головастика и лишь следом проявляются настоящие глаза, нос и рот.



Поразительная штука, если задуматься. Хочу верить, что Левин на верном пути. К слову, этот путь имеет прямое отношение к неожиданному повороту, который в скором времени охватит медицину. Но это тема, о которой нужно отдельно. Для дополнительного чтения короткие тексты самого Левина:

The wisdom of the body []
Cracking the bioelectric code: Probing endogenous ionic controls of pattern formation []
Рассказ про него в Русском Репортере [...]

Update. Про новые исследования Левина написал Nature: Bioelectric signals spark brain growth (2015)
Есть старая, позапрошлого века идея, что память хранится в теле - то есть запах пирожного, съеденного 40 лет назад, и боль от ссадины на коленке, хранятся где-то в тех органах тела, которые испытывали эти ощущения, "делали это", а при воспоминании происходит "возбуждение спящих энграмм", ну и прочие туманные слова. То есть гипотеза, что не в теле есть добавочный примитивный мозг, а то, что мы называем функциями мозга, на деле распределено по телу. Впрочем. в позапрошлом веке это было говорить сравнительно легко, теперь сложнее. Динамическая разметка, значит. Интересно, это менее туманно, нежели энграммы, или примерно так же.
Это примерно так же, как сегодня описывают память мозга. Или память на жестком диске - что гораздо менее туманно и тоже заключена в электрических состояниях.
У лягух и прочих тритонов с регенерацией и без того весьма хорошо. Однако вот у млекопитов - иммунная система не велит...
Тут важно, что результат достигается электричеством. В этом суть. И у лягух с регенерацией не настолько хлрошо, чтобы они могли по желанию отрастить новый глаз или лапу.
А в этом точно нет фричества? Мне вот (но я не специалист) по глазам резануло:

"Рост органов и структур полагается на эту разметку, а при ее возмущении возникает уродство либо опухоль."

Вроде как точно же известно сейчас, что причины опухолей - мутации.
Настораживает, что стволовиков и генетиков много, а он один. Если всё так интересно и перспективно, почему никто не исследует этот вопрос параллельно с Левиным? Он сам это как-нибудь объясняет?
Настораживать должно то, что стволовиков и генетиков много, а даже зачатков понимания механизма экспрессии генотипа в фенотип нету. Есть только поверхностное знание, мол, такой-то участок генома неким неведомым образом порождает вот такой вот признак. И все.
Замечательно. Хоть один ученый есть, который понимает, что структура тела определяется не столько генами, сколько другими механизмами. Да, почти каждая мать знает, что тело ребенка как правило отвечает ее "заказу". Такое было бы невозможно, если бы механизм был заточен на гены. Гены не подвластны работе психики. А вот с электричеством дело другое.
Будьте добры, подкиньте ссылку про работы именно Левина с онкогенами.

Edited at 2014-12-09 10:45 am (UTC)
Интересный товарищ, но не может ли он путать причину со следствием, как было в свое время с пониманием работы нейронов.

Есть всякие слабые ионные токи, следствие биохимических процессов, и их вполне можно наблюдать.
Если по ткани жахнуть током, то будут возникать процессы, связанные с изменением потенциалов клеток и это тоже можно пронаблюдать.

Но совершенно не факт что это сильно связанные явления и на "электричестве" строится какая-то ключевая регулирующая система.
Его деятельность направлена как раз на прояснение этого вопроса. Есть модель, есть проверяющие эксперименты. А как иначе - иначе никак.
Интересно, дойдет ли эта линия до обсуждения проблемы устойчивости межфазной границы применительно к биологическим системам. Существенное изменение поверхностного потенциала нарушает устойчивость как одной мембраны, так и границы всего участка ткани, к которому приложено напряжение. Соответственно, отклик на это изменение может быть направлен на поиск нового состояния (и формы) границы при данных условиях. Тогда возникает искушение предположить, что новый орган будет отвечать устойчивому минимуму и стабилизации интерфейса между организмом и средой, а рак - это состояние, очень далекое от равновесия, при котором система все строит и строит, и не может нащупать устойчивое состояние.

Что в таком случае взять в качестве критерия устойчивости межфазной границы? Только потенциал поверхности клетки? Или дельта хим. потенциалов (или эл.-хим. потенциалов) по всем транспортируемым через нее веществам? Или что-то еще?

Если он прав и "разметка" заключена в электрических состояниях клеток, то нет ли тут в теоретической перспективе возможностей управлять таковой разметкой, "отращивая" себе не предусмотренные строением человеческого тела элементы, либо и вовсе изменять форму тела?
Если он прав, то безусловно такие возможности вытекают из теории.
Кто отслеживает эту разметку? Организм? Или мозг? И откуда берётся эта разметка?
интересно. как раз недавно читал о фантомных болях после ампутации конечностей.. спасибо за ссылки.