1. oldal
A szakértők évszázadok óta próbálják megérteni, honnan tudják az embrionális őssejtek, hogy a test melyik oldalán kell szívvé, májjá vagy epehólyaggá alakulniuk. Főleg, hogy bőven léteznek olyanok is, akikben néhány vagy mindegyik szerv a megszokottól eltérően, a másik oldalon foglal helyet, mégis gond nélkül működik. Michael Levin, a Harvard kutatója is ezt a jelenséget vizsgálta 2000-ben, amikor észrevette, hogy az általa tanulmányozott csirkeembriók sejtjein a jobb és a bal oldalon különböző elektromos jelek figyelhetők meg.
A genetikusok évtizedekig azt állították, hogy testünk minden egyes sejtje tartalmazza szervezetünk teljes tervrajzát. Az elmúlt évek során azonban egyre világosabbá vált, hogy a DNS önmagában nem felelhet mindenért. Levin és még néhány szakértő úgy véli, hogy a gének kifejeződését apró bioelektromos jelek határozzák meg, és ezeknek köszönhető, hogy a sejtek a megfelelő helyen a megfelelő szervvé kezdenek fejlődni, létrehozva szervezetünket.
Levin és társai rengeteget kísérleteztek elméletük igazolása érdekében, és menet közben egy sor bizarr élőlényt hoztak létre. Az említett elektromos jelek befolyásolása révén arra késztettek ebihalakat, hogy azok szemet növesszenek beleikben, hatlábú békákat és kétfejű férgeket hoztak létre.
A szakértő mostanra eljutott odáig, hogy meg van győződve arról, a módszer egy napon az embereken is használható lesz. Vagyis például ha valaki elveszíti egyik végtagját, némi kezelés után képes lesz újat növeszteni. „Azt nem tudom, hogy a folyamat gyorsabb lesz-e az emberi magzatok fejlődésénél” – mondja a kutató. „De a legrosszabb esetben, ha 25 évesen elveszíted a karod, 35 éves korodra lesz egy majdnem teljes méretű új végtagod, ami tökéletesen működőképes.”
Ennek megvalósítása csak úgy lehetséges, ha Levin rendkívül precízen manipulálja a sejteket. Minden sejt membránjában ioncsatornák szabályozzák a polarizációt és a feszültséget, töltött molekulákat áramoltatva ki és be a sejtből. A csatornákban található apró kapuk jól meghatározott jelekre reagálnak, de megfelelő anyagokkal átverhetők. Levin pontosan ezt teszi, idegmérgekkel és más anyagokkal nyitva meg és blokkolva kedve szerint a csatornákat, és közben olyan lényeket hoz létre, amelyek nem léteznek a természetben.
A kísérletek végső célja a forma fölötti uralom teljes megszerzése lenne. Vagyis hogy leülünk egy gép elé, megtervezzük, hogy mit akarunk, és ezt néhány jól célzott beavatkozással meg is tudjuk tenni, mondja Levin. Például csinálhatunk egy háromszögletű testtel és hét lábbal rendelkező békát, amelynek a feje meg van fordítva. Hogy miért akarnánk ezt tenni, az persze már egy másik kérdés, amit Levin kritikusai gyakran felvetnek.
És persze sokan abban is kételkednek, hogy a szakértő pusztán az ioncsatornák irányításával valóban képes lesz ilyen mértékben megváltoztatni az élőlények testét, vagy hogy ha valóban a csatornák jelentik a titok nyitját, lehetséges ennyire precíz kontrollt gyakorolni felettük. Levin szerint azonban csak türelem és idő kérdése az egész.
Az elektromosság szervezetbeli jelenlétét Luigi Galvani olasz fizikus fedezte fel az 1780-as években, amikor elektródákat kapcsolt halott békák lábaira, és ezek izmait összehúzódásra tudta késztetni. Később arra is rájöttek a kutatók, hogy a folyamat az ionok áramlása révén működik, majd a 20. század harmincas éveiben elkezdték megfejteni az ioncsatornák és a sejtek polarizációjának működését is.
2. oldal
Levin kutatásának fontos előzményét jelentette Robert Becker munkássága, aki békák és szalamandrák végtagjait amputálta, majd feszültségmérővel kezdte figyelni a sebek területét. Így sikerült kiderítenie, hogy a feszültség a levágott végtagok helyén 24 órán belül mindkét fajban mínusz 10 mV-ról plusz 20 mV-ra ugrik. Az érték azonban csak a szalamandrákban csökkent le ezt követően mínusz 30 mV-ra, amiről ebből úgy gondolta a kutató, hogy a regeneráció feltétele lehet.
Becker nagyon kíváncsi volt arra, hogy mi történne, ha sikerülne külső beavatkozások révén erre az értékre változtatnia a teljes végtagok regenerációjára alapvetően nem képes békák sebeinek feszültségét. A szakértő úgy sejtette, hogy ebben az esetben a békák is újranövesztenék lábaikat, még azonban nem rendelkezett elég precíz eszközökkel ahhoz, hogy ezt maga is kipróbálhassa.
Levint fiatal korától nagyon érdekelte a téma, és informatikusként egy olyan mesterséges intelligenciát akart létrehozni, amely képes a gyógyulásra. Hamar rájött azonban, hogy ehhez először azt kell megfigyelnie, hogy működik a dolog a természetben. Ezért tengerisün-embriókkal kezdett kísérletezni, azt vizsgálva, hogyan lehet elektromágneses hullámokkal megváltoztatni bennük a sejtek osztódási sebességét.
Később Cliff Tabin fejlődésbiológus laborjához csatlakozott, akinek csapata éppen egy olyan gén azonosításán dolgozott, amely a test bal oldalán található sejtekben fejeződik ki a fejlődés korai szakaszától. Levin ezt a DNS-szakaszt kezdte vizsgálni és a következő évek során más géneket is megtalált, amelyek szerepet játszanak a kétoldaliság kialakulásában. Még azt a molekuláris útvonalat is megfejtette, amely irányítja a folyamatot. De még ezek után is úgy vélte, hogy valami más tényezőnek is lennie kell háttérben.
2000-re jött rá, hogy képletből hiányzó változó a bioelektromosság lehet. Egyik kollégája ismert egy olyan technikát, amellyel feszültségük alapján különböző színekre festhetők a sejtek. Levin biztatására csirkeembriókon alkalmazta a módszert, és rögtön látszott, hogy az elektromosság valóban kulcsszerepet játszik a génkifejeződésben, és abban, hogy hol és mikor fejlődnek ki az egyes szervek.
Ami végtagok újranövesztését illeti, ennek ötlete egyáltalán nem új. Az 1970-es évektől voltak olyan kísérletek, amelyek megerősítették, hogy elektromos ingerléssel megindítható a békákban a levágott lábak regenerációja. Ezek a kísérletek azonban úgy zajlottak, hogy az állatokat sima elemekre kötötték rá. Levin volt az első, aki a sejtek szintjén kezdte manipulálni a bioelektromos jeleket, és azt is ő kezdte megfejteni, hogy ezek pontosan mit tesznek a szervezet építőköveivel.
Menet közben a kutató egy sor eszközre tett szert, amelyekkel befolyásolhatja a természetes folyamatokat. Idegmérgekkel és más drogokkal blokkolta azokat az ioncsatornákat, amelyek normális körülmények között nyitva maradtak volna, és kinyitotta azokat, amelyek csukva voltak. RNS-ek révén új ioncsatornákat iktatott be a sejtmembránba, és fluoreszcens címkékkel követte, hogyan változik a sejtek polaritása.
Minden sejt membránjában több száz ioncsatorna kap helyet, de ezek közül csak néhány irányítja a polarizációt. Például mindössze négy csatorna működése határozza meg, hogy egy szerv a test melyik oldalán fejlődik ki. Ha ezek közül bármelyik működését megváltoztatjuk, a szerv nem oda kerül, ahol eredetileg lenne. Így sikerült Levinnek például a szemet növeszteni egy ebihal beleiben. A szem fejlődése során annak területén egy specifikus bioelektromos mintázat figyelhető meg, mondja a kutató. És ha ezt a test egy más részén reprodukáljuk, ott is egy szem fog kifejlődni.
3. oldal
Levin arra is rájött, hogy a végtagok regenerációjához nem árt némi extra segítség a szervezetnek. Ahhoz, hogy az ebihal újranövessze levágott farkát, egy órára egy oldatba kell áztatni sebet, hogy a sejtek ionokkal teljenek fel. Nyolc nappal később az ebihal új farokkal rendelkezik. Egy teljes végtag pótlásához pedig 24 órányi áztatásra, és hat hónap növekedési időre van szükség, legalábbis a békák esetében.
Az emlősök ugyanakkor egészen újfajta kihívást jelentenek. Egyrészt a melegvérű állatok vérnyomása sokkal magasabb, így az amputációba sokkal könnyebben belepusztulnak. A gyógyulás és a növekedés általános üteme is lassabb, ami növeli a fertőzések kialakulásának kockázatát. A fertőzésekre ráadásul gyulladással válaszol a szervezet, ami gátolja a sejtosztódást. Ahhoz ráadásul, hogy elektromosan ingerelni lehessen a sebet, annak nedvesnek, ugyanakkor a levegőtől védettnek kell lennie.
Levin eredményei a daganatos betegségek kezelését is megváltoztathatják. Számos daganatban abnormális bioelektromos jelek vannak jelen, és ezek megváltoztatásával talán meg lehetne állítani a kontrollálatlan osztódást. A kutatócsoportnak ez tavaly már sikerült is: a szakértők a békákban általuk létrehozott daganatokat képesek voltak eltüntetni az elektromos jelek megváltoztatásával. A kemoterápia, vagyis a test mérgekkel való elárasztása helyett tehát lehetséges, hogy egy napon a „rendetlen” sejteket egyszerűen rá lehet venni arra, hogy visszaváltozzanak egészséges szövetekké. És persze hasonló módon lehetne kezelni számos magzati fejlődési rendellenességet is.
Az orvosok már jelenleg is használnak az ioncsatornákra ható gyógyszereket bizonyos szív- és idegi betegségek esetén. Levin úgy véli, hogy ugyanezen a hatóanyagok egy kicsit másként alkalmazva lehetővé tehetik a rák vagy a fejlődési rendellenességek gyógyítását. Ráadásul a kutató szerint erre már a következő 25 évben sor kerülhet.
Ugyanakkor nem mindenki ennyire optimista. A regeneratív orvoslási kutatások java a genomra és az őssejtekre koncentrál, és a szakértők többsége nem osztja Levin véleményét abban, hogy ezek mind fontos elemei a teljes képnek, de a leglényegesebb lépéseket a bioelektromosság vezérli. Levinnek szerencsére bőven akadnak támogatói, látványos eredményei pedig egyre többeket győznek meg arról, hogy érdemes a kutatások ezen irányát folytatni, és a bioelektromos kóddal, mint a szervezet morfológiáját alapvetően meghatározó tényezővel foglalkozni.
Egyelőre nagyon keveset tudunk az egészről, mondja Levin, márpedig ahhoz, hogy átvegyük az irányítást, minden kis részletét ismernünk kell a folyamatoknak. De így van ez sok más területen, például az agykutatásban is. Tudjuk, hogy az emlékek az agyban tárolódnak, de azt még nem ismerjük, hogy mely neuronokat és hogyan kell megváltoztatni, hogy befolyásolhassuk a memóriát. Az elektromos jellemzők hasonló módon kódolják a szöveti jellegzetességeket, de még csak most kezdjük felfejteni a kód értelmét, mondja Levin, aki ennek ellenére úgy véli, hogy még saját életében megláthatja munkája gyakorlati alkalmazását.
