geneeskunde – Pagina 10

Iron man wordt drie tot vijf jaar na nu realiteit.

Bionische mens krijgt bovenmenselijke eigenschappen

5 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid / Door Germen Roding / 27 mei 2011 27 mei 2011

Dierproeven wezen het uit. Met de juiste interface, kan ons brein alle mogelijke protheses als onderdeel van ons lichaam accepteren – waardoor we kunnen ontsnappen aan onze fysieke beperkingen. Verlamden kunnen over een paar jaar al lopen, verwachten onderzoekers.

Hersenen kunnen kunstledematen besturen
Ons brein is de meest complexe structuur op aarde. De afgelopen tweehonderd jaren hebben neurowetenschappers hun uiterste best gedaan er achter te komen hoe ons brein functioneert en hoe ons denken, onze geest voortkomt uit golven neuronale elektrische activiteit die zich door onze hersenpan voortplanten. Het model als zou het individuele neuron de rekeneenheid zijn, wordt steeds meer losgelaten. In plaats hiervan worden metalen proscessen gezien als een soort Gestalt, waarbij samenwerkende groepen neuronen herinneringen opslaan en gedrag produceren.

Dit model, door de onderzoekers Brain Machine Interface (BMI) gedoopt, werd rond het jaar 2000 experimenteel bevestigd door nogal akelig dierproefonderzoek aan de Duke University in North Carolina, waarbij de resultante van het groepsgedrag van honderden neuronen werd gemeten. Hierbij werden de hersenpatronen die horen bij een bepaalde beweging (bijvoorbeeld van een poot of staart) geregistreerd. Apen bleken in staat door er alleen aan te denken, kunstmatige robotledematen die aan hersenscanapparatuur was gekoppeld, te besturen zonder hun lichaam te bewegen.

Door kunstmatige visuele, tactiele en directe elektrische feedback van de kunstmatige ledematen terug te sturen naar de hersenen van het proefdier, lieten de onderzoekers zie dan de signalen kunnen worden geïntegreerd als uitbreiding van het zelf van het proefdier. Met andere woorden: de apparaten die direct door de hersenen worden bestuurd, voelen voor het dier als eigen ledematen.

De eerste aapachtige die er in slaagde haar brein te gebruiken om een kunstmatig apparaat te besturen was het nachtaapje Belle. Belle was in staat een robotarm op enkele meters van haar lichaam te bewegen, alleen door te denken. Hiermee toonde ze aan dat de hersenen kunnen worden bevrijd van de beperkingen van ons lichaam en zijn beperkingen op onze dagelijkse interactie met de wereld om ons heen.

Een paar jaar later slaagden de onderzoekers er in het concept verder uit te werken met een rhesusaap. Deze keer werd alleen de elektrische hersenschorsactiviteit gemeten terwijl ze op een looprek voortbewoog, om het loopgedrag van de geavanceerde tweevoetige robot CB-1 real-time te besturen. Alhoewel CB-1 in het lab van ATR Neural Information Analysis in het Japanse Kyoto stond, kon het aapje sneller de vele malen grotere robot besturen dan haar eigen ledematen. Alleen al door zich voor te stellen dat ze liep, kon Idoya de robot laten lopen. Op dit moment is het onderzoek nog verder gevorderd en is gedemonstreerd dat de aapjes met hun hersenactiviteit een virtuele arm of hand kunnen besturen die de textuur van schijnbaar visueel identieke objecten in een virtuele wereld kan voelen (en hier onderscheid in maken). Als de avatarhand deze oppervlakken verkent, wordt een elektrisch signaal dat de textuur beschrijft gegenereerd en via reeksen microfilamenten doorgeseind naar het brein van de aap. Deze zijn al eerder gebruikt om elektrische hersensignalen naar het hersengebied te registreren dat aanraakinformatie verwerkt die door het biologische lichaam van het aapje wordt gegenereerd.

Hiermee is de gehele informatiestroom gedekt. We weten nu dat het mogelijk is door middel van BMI technologie, een primatenbrein voorbij de grenzen en fysieke beperkingen van zijn lichaam te laten functioneren en laten interacteren met welke (virtuele of reële) wereld waarmee het in aanraking wordt gebracht. Eens te meer een bewijs dat hersenprocessen een collectief, holistisch fenomeen zijn.

Doorbraak voor dwarslaesiepatiënten en andere gehandicapten
BMI’s hebben veel nieuwe onderzoeksterreinen opengelegd. Om te beginnen: nu is er eindelijk reële hoop om verlamde mensen te helpen lopen met kunstledematen. Een non-profit research-samenwerkingsverband, het Walk Again project, is gevormd door universiteiten en onderzoeksinstellingen in de Verenigde Staten, Europa en Brazilië. Binnen drie tot vijf jaar, 2014 tot 2016 dus, moet een verlamd persoon met een dwarslaesie kunnen lopen en bewegen met behulp van door een BMI bestuurde machineledematen. Het plan is dat de gebruiker een robotisch vest bestuurt met zijn hersenschors.

Dit robotische vest, een exoskelet, wordt het “lichaam” van de patiënt en draagt hem door de wereld met behulp van alleen gedachtenkracht. Bovendien geven sensoren verspreid over het oppervlak van het best de patiënt een vorm van sensorische feedback zoals een biologisch lichaam ook doet. Zoals met de aapjes Belle en Idola hopen de onderzoekers zo het exoskelet een deel uit te laten maken van wat iemand voelt als zijn of haar lichaam.

Aardse arbeider werkt op de maan
Verder in de toekomst kunnen hersen-machine interfaces ons brein in staat stellen allerlei gereedschap te bedienen. Stel je bijvoorbeeld arbeiders voor die met een huizenhoog exoskelet letterlijk gebouwen met hun handen kunnen bouwen en slopen, waar nu nog omslachtige kranen voor nodig zijn. Of, wat in veel science-fiction romans voorkomt, een brein dat een ruimteschip bestuurt. Of een ruimtebasis op de maan bouwt terwijl de operator zich gewoon op aarde bevindt. Mars zal lastiger worden. Het licht doet er gemiddeld immers ongeveer een kwartier over om van en naar Mars te reizen.

Maar het is wel duidelijk dat het veel makkelijker zal worden mensenlevens te redden bij natuurrampen, in zeer gevaarlijke omgevingen te werken en -helaas of gelukkig- zal ook de van afstand bestuurde robotsoldaat onverbiddelijk oprukken.

Bron:
New Scientist

De bacterie Staphylococcus aureus wordt snel resistent tegen de bekende antibiotica.

Verbied antibiotica voor dieren

1 reactie / Maatschappij, Nederland / Door Germen Roding / 25 mei 2011 25 mei 2011

Alleen een totaal Europees verbod op gebruik van antibiotica in de veeteelt en een zeer spaarzaam gebruik van antibiotica bij mensen, kan voorkomen dat we zullen worden geteisterd door een epidemie van resistente bacteriën.

Een einde aan bacteriële infectieziektes
We kunnen het ons moeilijk voorstellen, maar tot ongeveer zeventig jaar geleden stierven mensen massaal aan bacteriële infecties. In feite stierven bij veldslagen meer mensen door wondinfecties en andere ziekten dan door wapens.

Door een baanbrekende ontdekking werd een substantie bekend die bacteriën doodde zonder bijwerkingen op de meeste mensen (sommigen hebben een penicilline-allergie).Vroeger dodelijke infecties konden met een serie injecties met penicilline worden genezen. Penicilline was de eerste van een reeks antibiotica. Al snel werden chloramfenicol, ampicilline, tetracyclines en dergelijke ontwikkeld. Bacteriële infectieziekten, die miljoenen slachtoffers eisten, leken iets van het verleden. Nooit meer zouden er mensen overlijden aan ziekten als longontsteking of cholera. Ook veehouders grijpen gretig en diep in de snoepdoos met medicijnen. Zonder al die lastige infecties groeien dieren veel harder en kunnen ze goedkoper vlees en melk produceren.

Resistentie rukt op

Helaas blijkt al snel dat de bacteriën zich niet bij hun tijdelijke nederlaag neerleggen. Al gauw zijn duizenden malen hogere doses penicilline nodig dan vroeger. De farmaceutische industrie zoekt – en vindt – vervangende antibiotica, waartegen de bacteriën na verloop van tijd echter ook resistent worden. Er is een voortdurende wapenwedloop tussen bacteriën en de farmaceutische onderzoekers. Helaas lijkt het er de laatste jaren steeds meer op dat we deze race aan het verliezen zijn. Bacteriën worden sneller resistent dan er nieuwe antibiotica ontdekt of ontwikkeld worden. Antibiotica als penicilline en chloramphenicol verloren al langer geleden hun werking. Vooral de agressieve keelbacterie Staphylococcus aureus blijkt razendsnel resistent te worden. In 1996 kon MRSA (methicilline-resistente staphylococcus aureus) alleen nog met het giftige antibioticum vancomycine (dat de nodige vervelende bijwerkingen heeft) behandeld te worden. In 2002 dook echter de eerste VRSA (vancomycine-resistente staphylococcus aureus) op. Op dit moment grijpen artsen naar het nog onaantrekkelijker tigecycline, dat een verhoogde sterftekans met zich meebrengt.

Staphylococcus aureus is geen uitzondering. Ook E. coli en andere probleembacteriën worden in hoog tempo resistent tegen een indrukwekkende verzameling antibiotica. Artsen zitten steeds meer met hun handen in het haar en proberen door spaarzaam met antibiotica om te springen de infectie te remmen. Erg helpen doet het niet.

Antibioticamisbruik in de veeteelt

Geen wonder. Het antibioticagebruik in de veeteelt gaat nog steeds vrijwel onverminderd door. Vooral in de VS wordt uiterst kwistig omgesprongen met antibiotica en daarom komt in ongeveer een kwart van de kip en het varkensvlees MRSA voor. In Nederland is dit gezien het antibioticamisbruik vermoedelijk niet veel anders. Eet smakelijk.

Antibiotica worden in de veeteelt veel vaker gebruikt dan bij mensen.

Bij een aantal mensen komt allergie tegen varkensvlees voor. Mogelijk heeft dit te maken met het massale antibioticamisbruik. Ook hier in Europa is antibioticamisbruik in de veeteelt schering en inslag. In tegenstelling tot artsen, is er voor veeartsen geen enkele beperking wat betreft antibioticagebruik. Integendeel, ze verdienen er extra door, want medicijnverkoop is een belangrijke inkomstenbron voor veeartsen.

Geen wonder dus dat de multiresistente bacteriestammen oprukken en dat de eerste slachtoffers vaak veehouders en hun gezin zijn. Veel artsen willen daarom geen kip meer eten. Het door het CDA gedomineerde landbouwministerie vertikt het helaas om keihard in te grijpen. Dat het anders kan, bewijzen de Denen. Daar is het antibioticamisbruik rigoureus aangepakt, wat nauwelijks extra kosten voor de boeren met zich meebracht.

Verbied alle antibiotica in de veeteelt; voer een label in voor antibioticavrij vlees
In vlees blijven resten antibiotica achter, die bij het eten van vlees op worden genomen. Het gevolg is dat darmbacteriën en bacteriën elders in het lichaam resistent worden tegen antibiotica. Ook krijgen vleeseters grote hoeveelheden antibiotica-resistente bacteriën binnen. Een voor de volksgezondheid zeer schadelijke situatie.
De beste maatregel is uiteraard alle, of verreweg de meeste, antibiotica alleen voor menselijk gebruik te reserveren. Boeren en veeartsen die deze regels overtreden, mogen strenge sancties, zoals gedwongen sluiting van het bedrijf, tegemoet zien. Ook antibiotica-bevattend vlees uit het buitenland wordt geweerd, of voorzien van een grote waarschuwingssticker als Europese regels dit verbieden. Een andere oplossing is een keurmerk voor alle vlees dat antibiotica- en MRSA-vrij is, in te voeren.

Uiteraard valt het nodige gejammer van lobbyisten te verwachten. Zij kunnen publiekelijk aan de schandpaal worden genageld als wat ze zijn: gewetenloze opportunisten die mensenlevens in gevaar brengen voor een twijfelachtig beetje (ongeveer een procent, volgens de WHO, (2)) extra winst.

Bronnen
1. US Meat and Poultry Is Widely Contaminated With Drug-Resistant Staph Bacteria, Study Finds, Science Daily (2011)
2. Low-Level Use of Antibiotics In Livestock and Poultry, Food Marketing Institute

Dichloor-azijnzuur. Een zeer eenvoudig molecuul, maar verbijsterend effectief tegen kanker.

‘Goedkoop en veilig medicijn helpt tegen de meeste vormen van kanker’

7 reacties / Wetenschap / Door Germen Roding / 16 mei 2011 2 maart 2015

De ‘wonder drug’ dichloroacetaat (DCA) helpt volgens onderzoek van de universiteit van Alberta in Canada tegen de meeste kankers door de slapende mitochondrieën in kankercellen weer tot leven te wekken. Deze ontdekking dateert al van 2007, maar komt pas nu in de publiciteit.

ATP en kanker
Mijn vader is gepromoveerd op onderzoek naar de effecten van de kunstmatig toegevoegde energiedrager ATP op kankercellen. Gewoonlijk wordt ATP door mitochondriën (bacterieachtige celonderdelen die suiker aeroob verbranden met zuurstof en zo ATP maken) gemaakt, maar bij veel vormen van kanker zijn de mitochondriën inactief. Zonder mitochondrieën kunnen cellen alleen anaerobe afbraak uitvoeren. Dit is afbraak zonder zuurstof, wat maar twee moleculen ATP oplevert. Ter vergelijking: mitochondrieën scoren 38 ATP, dat is maar liefst negentien keer zoveel.

Dit onderzoek(1) dateert van ongeveer vijfendertig jaar terug. Opmerkelijk genoeg bleek kunstmatig toegediende ATP in staat, kankercellen terug te laten schakelen naar een minder agressieve vorm. Klaarblijkelijk is de energievoorziening een essentiële factor bij het ontstaan van kanker. Zijn proefschrift bleef tientallen jaren verstoffen (het lot van de meeste proefschriften) tot hij plotseling veel aandacht kreeg uit wetenschappelijke hoek. Klaarblijkelijk zijn kankeronderzoekers nu verder gegaan in deze onderzoeksrichting en hebben het complete mechanisme opgehelderd. Mitochondriën blijken uiterst essentieel, vermoedelijk omdat ze grote hoeveelheden ATP produceren die de kankercel of uitschakelt of terugschakelt naar een gezonde vorm.

DCA is magische kogel tegen kankercellen

Dichloroacetaat is maar een klein molecuul en chemisch gezien eenvoudig te bereiden. Het molecuul wordt nu al gebruikt om zeldzame stofwisselingsziekten te behandelen en is daarom goedgekeurd voor geneeskundig gebruik. Het zou vandaag al als anti-kankermedicijn ingezet kunnen worden. DCA is azijnzuur (in verdunde vorm is dat tafelazijn), waarin twee waterstofatomen zijn vervangen door chlooratomen. Onderzoeker Evangelos Michelakis van de universiteit van Alberta heeft in 2007 bij toeval ontdekt dat DCA wel long- borst- en hersenkankercellen doodt, maar niet gezonde cellen(2). DCA blijkt de mitochondriën weer aan te schakelen, wat de kankercellen niet overleven. Mitochondrieën hebben namelijk nog een tweede taak: ze zijn betrokken bij apoptose, natuurlijke celdood. Cellen waarbij de mitochondrieën niet meer werken, worden onsterfelijke kankercellen. Zodra de mitochondriën weer aanschakelen, maakt de onnatuurlijke plaats van de cel dat deze onmiddellijk zelfmoord pleegt, veronderstelt Michelakis.

Zijn kankergezwellen overblijfselen uit een anaeroob verleden?
Heel lang geleden was er nog nauwelijks zuurstof. Door exobiologen is al verondersteld dat kankergezwellen in feite een terugval zijn van ons lichaam naar het stadium van een oeroud dier. Deze ontdekkingen passen uitstekend in dat plaatje. De allereerste dieren leefden waarschijnlijk in een zeer zuurstofarme omgeving. Mogelijk zorgt het lage energieniveau door het uitvallen van de mitochondriën tot een terugval naar deze onsterfelijke staat.

Farmaceutisch complot?
Geneesmiddelenfabrikanten verdienen erg goed aan kanker. Geen wonder: kanker is een slopende ziekte die jarenlang intensieve behandeling (vaak met chemotherapie) vergt. De totale omzet aan anti-kankermedicijnen is ongeveer 50 miljard dollar per jaar, waarvan tweederde in de VS (3). Vijftig miljard is het totale persoonlijke vermogen van de rijkste man ter wereld of het totale bruto nationaal product van een land als Syrië of Luxemburg. Er zijn voor kleinere bedragen moorden gepleegd. Gevallen waarin onderzoekers van bovenaf op kregen gelegd wat ze mogen publiceren en wat niet, zijn bekend uit onder meer de tabaksindustrie. Ook de farmaceutische industrie is bepaald geen filantropische bedrijfstak. New Scientist (4) geeft een link naar een speciale website van de universiteit van Alberta (5) om een fonds te vormen om onderzoek te doen naar dit veelbelovende middel. In een kleine klinische trial (5 patiënten), gepubliceerd in het gezaghebbende Science Translational Medicine, is tumorcel-apoptose in patiënten aangetoond(6). Onderzoek op grotere schaal is nodig.

Het zou veel waard zijn als we één van de wreedste moordenaars een harde slag zouden kunnen toebrengen.

WAARSCHUWING
DCA is bepaald geen onschuldig middel. Veel gerapporteerde bijwerkingen zijn zenuwbeschadiging en onomkeerbare verlammingen. Gebruik dit middel alleen in levensbedreigende omstandigheden en na overleg met een BIG-geregistreerd oncoloog.

Bronnen
1. Roding T.J., Over de invloed van exogeen ATP op tumorgroei in het in-vivo en in-vitro model, proefschrift VU
2. Evangelos Mikelakis et al., A Mitochondria-K⁺ Channel Axis Is Suppressed in Cancer and Its Normalization Promotes Apoptosis and Inhibits Cancer Growth, Cancer Cell
3. Leading Anti-Cancer Drugs: World Market Prospects 2011-2021
4. Cheap, ‘safe’ drug kills most cancers, New Scientist (2007)
5. Universiteit van Alberta
6. Michelakis et al.,Metabolic Modulation of Glioblastoma with Dichloroacetate, Science Translational Medicine

Onderzoek aan dit wormpje levert vermoedelijk een gericht antikankermedicijkn met weinig bijwerkingen op.

Worm levert doorbraak uitschakelen kanker

2 reacties / Wetenschap / Door Germen Roding / 22 april 2011 22 april 2011

Onderzoek aan een worm leverde veel nieuwe informatie op over een eiwit dat betrokken is bij veel menselijke kankersoorten – en levert dus mogelijk zeer effectieve manieren op om ze te behandelen.

Onderzoek aan dit wormpje levert vermoedelijk een gericht antikankermedicijkn met weinig bijwerkingen op.

Evolutionair gepruts aan worm op pootjes
Wij zijn in feite allen wormen op pootjes. Het is een weinig vleiende constatering, maar waar is het wel. Je kan dat goed zien aan de ontwikkeling van menselijke embryo’s. Op een gegeven moment vormen deze een wormachtige buis. Omdat wormen over het algemeen veel eenvoudiger in elkaar zitten dan mensen, zijn ze een geliefd onderwerp voor biochemisch onderzoek: onderzoek naar de functies van genen en de eiwitten die ze vertaald opleveren. Want weliswaar weten we na het Human Genome Project welke eiwitten het menselijk lichaam produceert, maar we weten nog nauwelijks welke functies deze eiwitten hebben en hoe ze onderling samenwerken. Je kan de werkwijze van evolutie het beste vergelijken met die van de ontwikkelaars van bijvoorbeeld Microsoft Windows: voortdurende toevoegingen en geknutsel aan een basiscode terwijl het basisontwerp in essentie hetzelfde blijft.

Oer-eiwit veroorzaakt, wanneer aan elkaar gelaste genen worden afgelezen, tumorvorming
In de tijd dat de gemeenschappelijke voorouder van de mens en de laboratoriumworm Caenorhabditis elegans leefde, in het Cambrium rond de 600 miljoen jaar geleden, vervulde het oer-eiwit TGF-1 vermoedelijk dezelfde functie als het nu doet in zowel wormen als mensen. TGF-1 (tumor growth factor-1) controleert de snelheid waarmee groeifactoren (eiwitten die groei stimuleren) worden uitgescheiden door het transportnetwerk van de cel, het ER, endoplasmatisch reticulum (in het Nederlands vertaald: netwerkje in het celplasma). Bij tumorgroei blijken twee ‘gebroken’ genen aan elkaar geplakt te zijn en zo, wanneer afgelezen, een nieuwe, ‘chimere’ variant van het eiwit op te leveren. Het eiwit bevindt zich bij mensen ook aan de uiteinden van de ER waar de groeifactoren in zakjes worden verpakt. De tumorveroorzakende chimere variant laat veel meer groeifactoren uit het ER stromen. De onderzoekers denken dat dit op de een of andere manier leidt tot het ontstaan van kankercellen.

Aangrijpingspunt voor medicijnen
Onderzoekers denken nu dat door medicijnen speciaal voor het vernietigen van dit fusie-eiwit te ontwikkelen, ze een “magische kogel” voor drie vormen van kanker in handen krijgen: de vrij zeldzame anaplastische grote-cel lymfoom, het ook bij jonge mensen veel voorkomende papillair schildkliercarcinoom and extraskeletaal chondrosarcoom. Immers: de fusie-eiwitten komen alleen voor in zieke cellen. Deze therapie heeft dus niet de bijzonder akelige bijwerkingen van standaard chemotherapie. Hopelijk is dit het eerste begin van een meer intelligente aanpak van kankergezwellen. De drie voornaamste strategieën bij het behandelen van kanker komen nu neer op wegsnijden, wegbranden met radioactieve straling of net iets harder vergiftigen van de tumor dan de rest van de patiënt. Alle drie wat minder elegant. Dat moet toch slimmer kunnen, zou je zeggen.

Bron:
Universiteit van Wisconsin-Madison
Nature

Sputnik is het eerst ontdekte virus dat op andere virussen parasiteert.

Virofaag: virus leeft van virus

Laat een reactie achter / Wereld, Wetenschap / Door Germen Roding / 30 maart 2011 30 maart 2011

Virussen zijn dood en maken gebruik van levende cellen om zich te vermenigvuldigen. Toch hebben onderzoekers nu in het Antarctische Organic Lake virofagen ontdekt, virussen die andere virussen nodig hebben om zich voort te planten. De natuur stelt ons telkens weer voor verrassingen…

De nieuwe virofaag werd ontdekt door student Sheree Yau en kreeg de naam Organic Lake Virophage of OLV. Ze ontdekte de nieuwe virofaag toen bepaalde aminozuurvolgordes in een eiwit dat zich in de virusschil bevond, sterk leken op de eerst ontdekte virofaag ooit, Sputnik.

Sputnik werd in 2008 ontdekt in een waterkoeltoren in Parijs. Eerder deze maand kondigden Matthias Fischer en Curtis Suttle de ontdekking aan van een tweede virofaag, het mavirus. De reeks van aminozuren komt op veel meer plaatsen op de wereld voor, variërend van de GalÃ¡pagos Eilanden tot de kist van New Jersey en een zoetwatermeer in Panama. Het lijkt er dus op dat dit type virus wereldwijd voorkomt.

Virofagen kunnen zich alleen in een gastheer voortplanten als deze geïnfecteerd is met een ander virus. Bij de eerst ontdekte virofaag, Sputnik, is dit het reusachtige mamavirus dat amoebes infecteert. Sputnik kaapt het vermenigvuldigingsproces waardoor de amoebe heel veel kopieën van Sputnik in plaats van het mamavirus gaat vervaardigen.

Het nieuwe OLV genoom werd ontdekt binnen de DNA-sequenties van phycodnavirussen (een aan het mama- en mimivirus verwante groep grote virussen die algen infecteren). Naar nu blijkt, houdt OLV het aantal phycodnavirussen in het meertje onder controle, zodat algen zich vaker tot bloei kunnen ontwikkelen.

De ontdekking van deze nieuwe groep virussen kan mogelijk helpen om virusziekten als herpes, hepatitis en AIDS te bestrijden. Latente virussen, die zich verborgen houden in een cel, zijn gevreesd. Mogelijk kan met deze nieuwe klasse virussen na enige genetische manipulatie eindelijk af worden gerekend met deze groep.

Bronnen
Physorg
PNAS (abstract; helaas geen gratis fulltext versie beschikbaar)

Slijmzwammen bestaan uit samenwerkende eencelligen. Het eerste meercellige leven begon denkt men ook op deze manier.

‘Kankergezwel is oeroud dier’

5 reacties / Mensheid, Wetenschap / Door Germen Roding / 12 maart 2011 12 maart 2011

Volgens een aantal onderzoekers is kanker een overblijfsel uit de tijd dat er nog maar net meercellige dieren bestonden. Een eencellig dier zal zich zo vaak het kan delen. Kan kanker genezen worden door dit oeroude precambrische mechanisme uit te schakelen?

Eencelligheid was de norm
Het leven bestaat op aarde al bijna vier miljard jaar, maar het grootste deel van die tijd, gedurende meer dan twee miljard jaar, was het ingewikkeldste organisme op aarde de stromatoliet, een bacteriekolonie die een soort levende rotsen vormt en nu nog in bepaalde extreme milieus voorkomt.

Pas toen de zuurstofgehaltes voldoende hoog waren, veronderstellen wetenschappers, ontstond er een energiebron die krachtig genoeg was om ingewikkelder, meercellige organismen in leven te houden. Dit tijdstip lag iets voor het begin van het Cambrium, het tijdperk waarin (m.u.v. de raadselachtige Ediacara-fossielen) de vroegste fossielen van meercelligen zijn aangetroffen. Kortom: in de lange evolutionaire geschiedenis van het leven hebben onze voorouders verreweg het grootste deel van de tijd als eencellige doorgebracht.

Grote Samensmelting
Na de Grote Samensmelting – een gebeurtenis waarbij verschillende bacteriën de eerste cellen met celkern en gespecialiseerde orgaantjes zoals mitochondrieën vormden – werd pas de stap tot meercellige mogelijk. Meercelligheid betekent dat het organisme veel meer DNA moet bevatten. Nu pas kon dat omdat één van de samenwerkende bacteriën – die zich tot celkern zou ontwikkelen – kon leven van de energie die andere bacteriën produceerden.

Altruïsme essentieel voor meercelligheid
Meercelligheid maakte veel ingewikkelder en veelzijdiger organismen mogelijk. Dit kon alleen omdat individuele cellen hun neiging tot zelfbehoud verloren en zich in dienst stelden van het lichaam als geheel. Een belangrijk onderdeel hiervan is dat ze alleen delen op tijdstippen dat dat voor het organisme als geheel het beste uitkomt. Sommige cellen plegen tijdens de embryonale ontwikkeling zelfs zelfmoord (apoptose).

Dier temt cel
De evolutie van één- naar meercellige ging vermoedelijk in tussenstappen. Misschien dat de eerste meercelligen, net als slijmzwammen nu, alleen in ongunstige situaties één organisme vormden. Daarna vormden zich gespecialiseerde weefsels (ook deze komen al in slijmzwammen voor, die in feite “overdoen” wat onze verre voorouders eerder deden). De coÃ¶rdinatie tussen de cellen moet daarna in de loop van miljoenen jaren steeds permanenter en beter zijn geworden.

De duivelse doortraptheid van kankergezwellen
De vernuftige listen waarvan vele soorten kankers zich bedienen om zich uit te breiden, zijn veel te ingewikkeld om door toeval tot stand te zijn gekomen. Kankercellen vertonen namelijk een opmerkelijk gestructureerd gedrag. Ze verspreiden zich niet zoals bacteriën lukraak, maar vormen kolonies, tumoren, die een vorm van organisatie kennen. Ze vormen uitlopers, bloedvaten en andere organen met als doel zichzelf in leven te houden. Sommige cellen laten juist los en zaaien zich uit in de rest van het lichaam: metastase. Ze zijn vaak in staat om zich te verdedigen tegen gifstoffen.

Schrijver dezes vermoedde daarom dat wellicht zeer grote, ingewikkelde virussen zoals het kankerverwekkende Epstein-Barr virus en menselijk wrattenvirus op de een of andere manier een cel kapen en dit door middel van hun ingewikkelde DNA aan kunnen sturen als een biologische robot.

‘Kankergezwel is oeroud dier’
Astrobioloog Charles Lineweaver en Paul Davies, van oorsprong theoretisch natuurkundige, hebben een eleganter mechanisme bedacht. Diep in ons DNA liggen nog steeds de oeroude genen begraven die honderden miljoenen jaren geleden onze voorouder stuurden. Ze denken nu dat af en toe, in gang gezet door een onbekende prikkel, dit oeroude dierlijke systeem opnieuw aanschakelt waardoor de cel zich ongecontroleerd gaat delen. Een kankergezwel is volgens hen daarom te vergelijken met primitieve dieren als waterpoliepen die ook uit een klein stukje weer helemaal uit kunnen groeien.

Klopt dit? Zo ja, hoe gebruiken we deze kennis?
Collega-onderzoekers vinden de theorie weliswaar elegant, maar zijn nog niet overtuigd. Zo hebben eenvoudige dieren als platwormen geen bloedvaten, kankergezwellen wel. Andere onderzoekers zijn voorzichtig enthousiast.
We kunnen ook niet ongestraft deze genen uitschakelen, omdat we in wezen nog steeds het bouwplan hebben van een lopende en pratende worm. Deze genen liggen aan de basis van de menselijke groei en ontwikkeling. Wel kan dit nieuwe paradigma wel eens het langgezochte wondermiddel om kanker uit te schakelen, de uit-knop voor tumorgroei, opleveren.

Met dit nieuwe paradigma, stellen Davies en Lineweaver, kunnen we biologische kennis gebruiken om kankerverwekkende genen te identificeren en hun onderlinge relatie uit te zoeken. Er bestaat namelijk een vrij nauwkeurig overzicht van de manieren waarop de metazoa (meercellige dieren) met groepen protozoa (eencellige dieren) en andere organismen verwant zijn.

Er zijn uit de medische literatuur van vrijwel elke kankersoort, zelfs de dodelijkste, gevallen van spontane remissie bekend. Hebben patiënten of artsen, of de Voorzienigheid, in die gevallen door stom toeval de kill-switch van kanker omgezet?

Bron:
New Scientist
IOP Science

Gentherapie. M.b.v. een adenovirus wordt gezond DNA in zieke cellen ingebouwd.

De opvolger van de mens

13 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid / Door admin / 4 januari 2011 4 januari 2011

Ons lichaam is nogal onderhoudsgevoelig, takelt af en toe overmaat van ramp is het nauwelijks te repareren. Helemaal vervelend: ook al leven we nog zo gezond, na zeventig, negentig of voor een enkele geluksvogel 120 jaar houdt ons lichaam er mee op. Geen wonder dat visionairen nadenken over oplossingen. Deze bevinden zich in drie hoofdgroepen: organen vervangen, genetica en cybernetische organismen. Hoe ziet de opvolger van homo sapiens er uit?

Betere transplantatieorganen
In de voorbije eeuw zijn wetenschappers er met veel moeite in geslaagd om transplantaties uit te voren van een overleden of ‘samaritaanse’ donor naar een acceptor. Alhoewel donororganen, bijvoorbeeld een donornier bij lijders aan een ernstige nierziekte, de levensverwachting met tientallen jaren kunnen verlengen, is orgaandonatie letterlijk slechts een lapmiddel. Er is een schreeuwend tekort aan orgaandonoren en omdat het om lichaamsvreemd weefsel gaat, moeten patiënten met donororganen vaak zware en gevaarlijke medicijnen slikken om hun immuunsysteem te onderdrukken.

In feite zijn patiënten met donororganen moderne Monsters van Frankenstein.

Een eerste stap is dus donororganen kweken in een lab uit lichaamcellen van een patiënt. Hiermee voorkom je immuunreacties en ben je ook af van de mensonterende wachtlijsten. Bij steeds meer organen lukt dat. Een volgende stap is het vervangen van donororganen door betere, kunstmatige organen.

Veel van onze organen zijn hapsnap geëvolueerd. Zo loopt de zenuw die het netvlies verbindt met de hersenen, voor het netvlies langs: de reden dat we een blinde vlek hebben (bij octopussen is dat beter geregeld).

Onze lever en nieren hebben maar een beperkte filtercapaciteit. En zou het niet handig zijn als we een ingebouwd systeem zouden hebben om ons bloedvatenstelsel aderverkalkingsvrij te houden? UV en infraroodstraling zien? Zo goed kunnen horen als een vleermuis of ruiken als een haai? Onthouden en rekenen als een computer? Een vreemde taal leren in een half uur? En vervelende herinneringen op commando wissen? Nu we toch bezig zijn: een paar kieuwen. Of een ontbijtje overslaan en je door de zon laten voeden. Zo sterk worden als een superheld. Deze kunstmatige organen kunnen zowel biologisch als mechanisch zijn.

Het menselijk DNA verbeteren
Elke reparatie aan het lichaam is lapwerk, als we het ontwerp zelf niet verbeteren. De eigenschappen van ons lichaam (het fenotype) worden voor een heel groot deel bepaald door het DNA, ons erfelijk materiaal. Willen we ‘de menselijke conditie’ structureel verbeteren, dan ontkomen we er niet aan, ingrepen te plegen in ons erfelijk materiaal.

Het begrip eugenetica is besmet sinds de nazi’s Europa in het verderf stortten met hun rampzalige rassenfilosofie. In de vroeg-twintigste eeuw waren er invloedrijke eugenetische verenigingen die de theorieën van Mendel wilden toepassen om het menselijk ras te verbeteren. In het beruchte Lebensbornprogramma lieten overtuigde vrouwelijke nazi’s zich bezwangeren door SS-ers om een arisch superras ter wereld te brengen.

Zwakzinnigen, etnische minderheden en als ‘randfiguren’ betitelde mensen werden vaak in het geniep gesteriliseerd. In landen als Zweden ging dit tot in de jaren tachtig door.

De techniek is nu verder en we hoeven niet meer onze toevlucht te zoeken tot dit soort onethische en enge methoden. Met DNA-recombinant gentherapie kunnen we erfelijke ziekten als de Ziekte van Huntington permanent genezen. Als de gentherapie wordt toegepast in het hele lichaam van de patiënt, betekent dat ook zijn of haar nakomelingen de ziekte niet meer erven. Ook kunnen we mensen bijvoorbeeld slimmer, gezonder of gelukkiger maken dan nu en er voor zorgen dat hun levensduur langer wordt. Sommige mensen gaan al op hun zestigste dood, hoe gezond ze ook leven. Jeanne-Louise Calment, die in haar jeugd nog Van Gogh heeft gezien haalde de 122 in goede gezondheid. Waarschijnlijk kunnen we door aan genen te knutselen de levensduur flink opkrikken.Er zijn op dit punt enorm veel ethische dilemma’s.

Nog verder gaat het om het hele menselijke lichaam te herontwerpen. We zijn in feite een soort voor het landleven omgebouwde vis. De vraag is of dit nu echt de slimste manier is om een mens te laten ontstaan. Waarom hebben we bijvoorbeeld geen twee harten? Een backup van ons brein? Dat staartbeen en die suffe blindedarm kunnen er ook wel uit.

Mens wordt robot
Uiteindelijk blijf je zelfs met het “beste” genetische materiaal met biologische beperkingen zitten. Ons lichaam wordt gevormd aan de hand van een soort lang recept. Hoewel op veel punten planten en dieren opmerkelijk goed presteren – denk aan de supersterke spinnendraden, de effectieve zweepstaarten van eencelligen of de indrukwekkende capaciteiten van het menselijk brein – we zitten nog steeds vast aan de beperkingen van eiwitten, vetten en koolhydraten. Door evolutie kan bijvoorbeeld geen biologische kernreactor ontstaan omdat er geen biologische materialen zijn die bestand zijn tegen zoveel radioactiviteit.

Robots hebben geen last van verkoudheid. In principe gaan ze bijna eeuwig mee.

Kortom: willen we echt tienduizenden jaren kunnen leven, dan zullen we over moeten stappen op techniek. Ons belangrijkste deel, ons brein, kan als hardware of software worden overgenomen door een voldoend snelle computer die Turingcompleet is. De architectuur zal dan wel heel anders moeten zijn van die van de huidige generatie computers, niet één rekenchip dus maar miljarden. We leven dan niet meer op voedsel, maar op bijvoorbeeld elektriciteit uit een minireactor in ons lichaam. Asteroïdesurfen, een frisse duik in de methaanmeren van Titan en dan een douche onder de stikstofgeisers van Triton is dan een fluitje van een cent.

Misschien dat we daarom zo weinig sporen van aliens zien. Wie weet hebben ze zich wel zo goed aangepast aan het bestaan als ruimtebewoners, dat ze geen ruimtestations meer hoeven te bouwen en planeten hoeven te terraformeren.

Diverse onderzoeksgroepen werken aan het kweken van levers in een lab.

‘Onsterfelijkheid bereikt in 2045’

19 reacties / Filosofie, Ideeën en techniek, Mensheid / Door Germen Roding / 28 december 2010 28 december 2010

Vergeet de weesgegroetjes, bedevaarten en goed karma. Volgens visionair denker Ray Kurzweil zal de wetenschap er rond 2045 in slagen om de mens onsterfelijk te maken. Dus zorg dat je voor die tijd niet doodgaat, is het devies volgens hem. Volgens Kurzweil leven we op dit moment in een tijdperk van steeds snellere technische vooruitgang. Er zijn nu meer wetenschappers dan ooit die met steeds betere apparatuur werken en ook steeds slimmer worden in gericht onderzoek doen. Een komende monstergolf van technologische ontdekkingen dus die de wereld zoals we die kennen totaal op zijn kop zal zetten, zoals een achttiende-eeuwer verdwaasd rond had gekeken op een vroeg eenentwintigste eeuws verkeersklaverblad tijdens de ochtendspits.

De Wet van Kurzweil en de Singulariteit

Onze geest in een robot plaatsen is volgens Kurzweil de definitieve oplossing voor het ultieme probleem: de dood.

Volgens de Wet van Kurzweil, een uitgebreidere versie van de Wet van Moore die voorspelt dat computerchips elke 18 maanden verdubbelen in capaciteit, werken al deze vormen van vooruitgang exponentieel op elkaar in. Snellere computers maken bijvoorbeeld betere biochemische simulaties en dus betere medicijnen mogelijk, waardoor de arbeidsproductiviteit en innovatiesnelheid voor onder meer nieuwe energiebronnen omhoog raast. Kunstmatige intelligentie zal het tempo van ontdekkingen nog veel hoger opvoeren: op dit moment is er al software die de wetenschappelijke methode in praktijk kan brengen.

Kurtzweil weet waar hij het over heeft: hij is een veteraan op het gebied van kunstmatige intelligentie en patroonherkenning door computers.

Op een gegeven moment bereiken we stelt hij een punt, door hem en andere toekomstvoorspellers de Singulariteit genoemd, waarna onze bestaande theorieën en inzichten niet meer opgaan. De vooruitgang gaat op dat punt zo snel dat de uitkomst niet te voorspellen is. Rond 2050 zal volgens hem kunstmatige intelligentie het menselijk brein ver in kracht overtreffen. De rekencapaciteit wordt, zo voorspelt hij, miljoenen malen groter dan nu. Al is deze theorie niet onomstreden, er is geen logische reden waarom de technische vooruitgang in de toekomst niet nog veel sneller zou gaan dan nu.

De eerste Brug van Kurzweil: gezonder leven
Om onsterfelijkheid te bereiken stelt Kurzweil drie fases, of ‘bruggen’ voor. De eerste Brug, gezonder leven binnen de mogelijkheden van de bestaande techniek, brengt hij nu al in praktijk.

Groenten als paprika's, tomaten en sla bevatten weinig koolhydraten. Dit voorkomt mede suikerziekte, stelt Kurzweil.

Toen bij hem in de jaren ’80 ouderdomsdiabetes werd vastgesteld, veronderstelde hij dat de oorzaak bij hem insulineresistentie is. In plaats van te spuiten ging hij op een vezelrijk en extreem koolhydraatarm dieet, sliep langer en bewoog meer. Het gevolg: zijn bloedsuikergehalte is in vijfentwintig jaar gehalveerd tot normaal: onmogelijk, volgens de gevestigde medische wetenschap. Niet iedereen zal het er voor over hebben nog maar 1500 calorieën per dag te nemen en net als Kurzweil honderdvijftig voedingssupplementen per dag te slikken (met wekelijkse injecties met diverse farmaceutische preparaten) en het drinken van tien glazen alkalisch mineraalwater per dag.

De Tweede Brug: stamcellen en klonen
De technologie voor de Tweede Brug, stamcellen en klonen, is nu volop in ontwikkeling. Ons lichaam heeft een levensduur van enkele tientallen jaren. Als ook maar één essentieel onderdeel, bijvoorbeeld een nier, het opgeeft betekende dat voor kort een doodvonnis.

God levert geen reserveonderdelen mee (al hebben we bijvoorbeeld twee nieren en longen). Nu er transplantatietechnieken beschikbaar zijn waar Mary Shelley’s Dr. Frankenstein stikjaloers op zou zijn, is de medische wetenschap ongeveer op het niveau van een autosloper. Uit een gezond lichaam kunnen donororganen worden gehaald en ingebouwd in een levende patiënt. In feite is dit een inferieure techniek. Omdat het DNA van een donororgaan anders is dan dat van de patiënt krijg je afstotingsverschijnselen en moeten patiënten zware, gevaarlijke medicijnen slikken (die vaak ook niet helpen).

Een structurele oplossing is het kweken van nieuwe organen uit stamcellen van de patiënt. Afstoting is dan geen probleem meer, wachttijden op een geschikte donor of overdracht van ziekten zijn dan ook verdwenen. Met huidcellen lukt dit al vrij aardig. Op dit moment is onderzoek naar ‘eenvoudige’ organen als spieren of levers al in volle gang. Het einddoel: zenuwweefsel en een compleet hart. Zodra deze uitdagingen overwonnen zijn, kunnen we elk onderdeel van ons lichaam laten vervangen. Kurzweil kijkt verder: hij wil de cellulaire klok (telomeren, de beschermkapjes van chromosomen, de dragers van ons DNA worden bij elke celdeling korter) terug kunnen zetten en op celniveau vervangingen door kunnen voeren. Ook op deze terreinen vindt heel veel onderzoekplaats. Geen wonder. De farmaciegigant die een levensverlengende behandeling ontwikkelt, loopt binnen.

De Derde Brug: de geest van de mens in een computer
Kurzweils derde stap is het meest omstreden. Volgens veel geloven leeft onze geest, de ziel, na de dood voort. Afhankelijk van het geloof wordt je ziel beloond met een toestand van algemene gelukzaligheid bij God (christendom), wijn, gedweeë maagden en schone knapen (islam) of een reïncarnatie in een beter lichaam ( hindoeïsme). Het bewijsmateriaal voor een leven na de dood (bijna dood ervaringen) is niet erg overtuigend; als het al bestaat dan lijkt het weinig uit te maken welk geloof de man of vrouw in kwestie aanhangt.

Kurzweil heeft een methode voor het bereiken van onsterfelijkheid bedacht die volgens modern-wetenschappelijke inzichten wel werkt. Door middel van nanorobotjes (robotjes zo groot als een cel) wordt ons brein synaps voor synaps afgetapt en worden onze herinneringen en manier van denken getransporteerd naar een computer. Dit ligt minder ver buiten bereik dan veel mensen denken: de totale informatieinhoud van ons brein ligt volgens schattingen tussen een moderne harde schijf van een terabyte en duizend terabyte (een exabyte). Kortom: over een paar decennia zijn er waarschijnlijk computers die slimmer zijn dan wij en dus met gemak onze geest kunnen nabootsen. Zullen Kurzweils voorspellingen uitkomen? Zal onze generatie nooit meer sterven? Kurtweils argumenten zijn behoorlijk overtuigend…