Elektročlánky z kvasinek nahradí baterie

Nové kardiostimulátory a technologie napájení strojků v lidském těle, šance pro žrouty a diabetiky stejně jako pro lidi potřebující dialýzu, vychytávání škodlivých látek z krve, senzory chránící před bioterorizmem...

Elektročlánky z kvasinek nahradí baterie


V našem pravidelném okénku, připravovaném ve spolupráci s webem Scienceworld se podíváme blíže na technologie, které se v posledních týdnech a měsících objevily v oblasti medicíny.

Nedávné představení nových intelovských procesorů Xeon, při němž byla předvedena vizualizace orgánů za pomoci dat ze systému počítačových tomografů a magnetické rezonance za pomocí aplikace, kterou coby ukázku svých diagnostických řešení vyvinula společnost Phillips, byla výtečnou ukázkou toho, kde se medicína nachází v současné době, zdá se však, že budoucnost neleží jen v obřích diagnostických přístrojích, ale zejména v bio– a nanotechnologiích.

 

Čištění krve magnetem

Chytrý způsob, jak postupovat při otravách olovem, vyvinuli jihokorejští vědci, které vedl Jong Hwa Jung. Na Gyeongsang National University v Jinju objevili receptor, jenž se váže výhradně na olovnaté ionty. Poté tuto látku na druhém konci připojili na nanočástici obsahující nikl (v periodické tabulce je nikl ve skupině se železem a má podobné magnetické vlastnosti).

Pak už stačí provést obdobu dialýzy a látku odstranit magnetem (hemoglobin z krve údajně reaguje na magnet jen málo, i když má v jádru atom železa). Tým z Hongkongu přišel loni s nápadem odstraňovat obdobným způsobem z krve radioaktivní toxiny. Opravdu rozsáhlé využití by ale měla metoda, která by tímto způsobem vychytávala z krve špatný cholesterol nebo triacylglyceridy, protože touto formou „otravy“ trpí značné procento populace vyspělých zemí.

 

Pivní kvasinky v krvi

K čemu by bylo dobré mít v krvi kvasinky? Možná by se mohly krmit krevní glukózou a přitom produkovat energii k pohonu kardiostimulátorů a dalších miniaturních zařízení uvnitř lidského těla. Na rozdíl od baterií by byl takový zdroj energie teoreticky věčný.

Vědci z University of British Columbia v kanadském Vancouveru nyní převedli, jak takový biologický elektročlánek může skutečně fungovat. Kvasinky zapouzdřili do váčku; k tomu, aby mikroorganizmy generovaly dostatek energie, jim stačil obsah glukózy z kapky krevní plazmy. Takový palivový článek by se hodil zejména pro implantáty v místech, kde je výměna baterií nějak problematická, například u mikroelektrod používaných při léčbě ochrnutí míchy.

Kvasinkový palivový článek má oproti anorganickému velkou výhodu. Zatímco nastupující palivové články pro přenosné počítače spalují metanol, což probíhá za vysoké teploty, biologický článek funguje při teplotě lidského těla – tj. při teplotě aktivity enzymů kvasinek. Kvasinky při svém metabolizmu také pracují s uvolněnými elektrony, které jim lze „ukrást“, a generovat tak elektrický proud. Tuto funkci má v systému tzv. mediátor elektronů: kousek látky dostatečně malý na to, aby se vešel do buňky kvasinky a vyváděl odtud elektrony ven.

Prototyp článku využívá běžné kvasinky Saccharomyces cerevisiae (pivní kvasinka), článek je z polydimethylsiloxanu a má rozměry asi 4 × 4 mm při tloušťce 1,4 mm. Přenašečem elektronů je methylová modř, běžně používané barvivo, které elektrony předává dál na straně buňky fungující jako anoda. Na straně katody reagují vodíkové ionty s kyslíkem za vzniku vody. V článku jsou pro účinnější vedení elektronů a zvětšení povrchu tenoučké mikrokapiláry. Článek má zatím výkon 40 nanowattů (pro srovnání: baterie v hodinkách asi 1 mikrowatt). Pro některá zařízení by bylo vhodné doplnit soustavu kondenzátorem. Jistě je zde také prostor pro geneticky modifikované kvasinky, které by byly schopny podávat vyšší výkon.

Nicméně jeden problém prozatím zůstává – aby kvasinka mohla přežívat a fungovat stabilně, musí samozřejmě vylučovat své odpadní látky. Je třeba ještě vyzkoumat, zda by vylučování těchto metabolitů do krve nepředstavovalo nějaké zdravotní riziko – a pokud ano, vymyslet nějaký jiný systém.

Nabízejí se ale i futuristické možnosti – jedna, míněná spíše žertem, totiž že by kvasinky v krvi produkovaly ethanol. To by se mohlo hodit třeba cestovatelům, kteří se do odlehlých konců světa nechtějí vláčet s lahvemi. Pak je zde ale mnohem serióznější využití: Kvasinky by mohly z krve vychytávat glukózu, což by pomohlo diabetikům a dalo by se použít i jako prostředek na hubnutí.

 

Biosenzory do mléka

Tuto technologie zde uvádíme mj. proto, že je vyvíjena mj. i na Akademii věd ČR, konkrétně na Ústavu fotoniky a elektroniky. Projekt Pathomilk, který financuje Evropská komise, má za cíl vyvinout biosenzorický systém umožňujícím rychlou detekci patogenních bakterií v mléce.

Detekční technologie vyvíjená v rámci projektu kombinuje nový optický biosenzor, který by interagoval s DNA odpovídající předem definovaným patogenním bakteriím. Vyvíjenou detekční technologii je možné rozšířit na detekci celé řady dalších patogenů a potenciálně ji využít v oblastech, jako jsou kontrola potravin, biotechnologie a ochrana před bioterorizmem.

 

S novým kardiostimulátorem lze jít na magnetickou rezonanci

Společnost Medtronic oznámila, že v ČR se jako v jedné z prvních zemí světa začal pacientům implantovat její nový kardiostimulátor EnRhythm MRI SureScan. Přístroj prošel klinickými testy a nic už nebrání jeho aplikaci v běžném režimu. Na rozdíl od jiných kardiostimulátorů je EnRhythm MRI SureScan bezpečný i při vyšetření magnetickou rezonancí (za dohledu kardiologa). Pacienti nyní mohou podstoupit daleko širší škálu následných zákroků, které bez vyšetření magnetickou rezonancí provést nelze. Přitom se odhaduje, že každý druhý pacient s kardiostimulátorem bude v průběhu dalších deseti let vyšetření magnetickou rezonancí potřebovat.

Vlastnosti kardiostimulátoru vyplývají z toho, že obsahuje jen málo feromagnetických látek a před vyšetřením magnetickou rezonancí se dá navíc přepnout do speciálního režimu. Vývoj kardiostimulátoru trval od roku 1997 a společnost Medtronic na něj údajně vynaložila více než 10 milionů dolarů.

 

Rukáv do střeva

Konečně na závěr nám zůstává technologie nesporně kuriózní, nicméně by mohla být lákavá pro všechny lidí trpící nadváhou v důsledku sedavého zaměstnání u počítače. Obezita je dnes metlou vyspělých zemí, trh je plný zázračných diet, přípravků na hubnutí, potravin z nestravitelných tuků, nebo v krajním případě může dojít i na různé chirurgické zásahy do žaludku. Americká firma GI Dynamics nyní přišla s nápadem jakéhosi cca 60 cm dlouhého plastového rukávu, který nám zakryje povrch sliznice na počátku tenkého střeva, kde probíhá vstřebávání značné části živin. „Rukáv“ se vpraví do těla ústy prostřednictvím endoskopu a bez nutnosti chirurgického zákroku; je z obou stran otevřený, potrava jím prostoupí do další části střev, kde už se jí ale tolik nevstřebá. Přes ústa a trávicí soustavu se plastová fólie dostane na místo určení v podobě tobolky a pomocí katétru se rozvine až ve střevě.

Zákrok trvá ani ne půl hodiny, rukáv lze v případě potřeby údajně jednoduše sbalit a ústy opět vytáhnout. Potkani, na nichž se vše zkoušelo, mohli jíst normálně a hubli ostošest. Teď se vše testuje i na 150 dobrovolnících. Výsledkem nemá být jen úbytek hmotnosti – rychlé zlepšení má nastat také u diabetu, kromě prostého zabránění vstřebávání živin přístroj mění i další fyziologické poměry v tenkém střevě a ovlivňuje jeho mikroflóru atd.





Komentáře