Биоэлектроника против бессонницы: разработан имплант для перестройки циркадных ритмов

Биоинженеры из Университета Райса и Северо-Западного университета разработали имплантируемое устройство, способное сократить время адаптации организма к резкой смене часовых поясов. В ходе экспериментов на животных терапия с использованием модифицированных клеток, непрерывно продуцирующих гормон лептин, ускорила перестройку циркадных ритмов примерно на одни сутки. Результаты исследования, опубликованные в журнале Advanced Science, подтверждают возможность управления биологическими часами через метаболические сигналы.

Сбой циркадных ритмов, возникающий при перелетах через несколько часовых поясов или при посменной работе, сопровождается расстройством сна, метаболическими нарушениями и снижением когнитивных функций. Традиционно внутренние часы организма ориентируются на внешний свет, передавая сигналы через главный регулятор — супрахиазматическое ядро головного мозга. Однако периферические ткани и органы адаптируются к новому распорядку с задержкой, что и вызывает симптомы джетлага (синдрома смены часовых поясов).

Чтобы синхронизировать работу внутренних систем, исследователи применили подход, основанный на воздействии на периферические метаболические механизмы. В рамках проекта Rice Biotech Launch Pad ученые разработали микроскопическую капсулу, содержащую генетически отредактированные клетки. Имплантат обеспечивает постоянное высвобождение лептина — гормона, который участвует в регуляции энергетического обмена и сигнализирует мозгу о состоянии насыщения.

В доклинических тестах лабораторным животным искусственно сдвинули цикл смены света и темноты, имитируя резкий перелет в другой часовой пояс. Первая группа, получившая клеточную терапию с лептином, полностью восстановила нормальные фазы активности и отдыха за два-три дня, тогда как контрольной группе без имплантата потребовалось около пяти-семи дней. Дополнительные анализы показали, что непрерывная подача лептина ускоряет перестройку метаболического профиля печени и мышечных тканей.

Технология инкапсуляции защищает модифицированные клетки от атаки иммунной системы реципиента, предотвращая отторжение без необходимости применения иммунодепрессантов. Пористое покрытие капсулы пропускает питательные вещества и кислород к клеткам, одновременно позволяя выработанному лептину свободно поступать в кровоток.

Разработка представляет собой шаг к созданию автоматизированных автономных устройств для управления физиологическими состояниями. В перспективе подобные биомикроэлектронные системы смогут синтезировать не только лептин, но и другие гормональные или пептидные соединения в ответ на внешние команды или биомаркеры организма. Это позволит облегчить адаптацию для пилотов, бортпроводников, медицинских работников и всех, кто регулярно сталкивается с нарушением суточных ритмов.

Источник: rice.edu