Zdravo svima.
Doneo sam danas pelenu za bebe.
Videćete uskoro zašto.
Pelene za bebe imaju zanimljiva svojstva.
Mogu da se izuzetno naduju kada im dodate vode,
što je eksperiment koji sprovode milioni dece svakoga dana.
(Smeh)
Međutim, razlog tome
je to što su osmišljene na vrlo pametan način.
Napravljene su od nečeg što se zove upijajući materijal.
To je specijalna vrsta materijala koji se, kada mu dodate vodu, znatno naduje,
možda hiljadu puta po veličini.
To je vrlo korisna, industrijska vrsta polimera.
Međutim, ono što pokušavamo u mojoj grupi na MIT-u
je da otkrijemo da li možemo da nešto slično uradimo sa mozgom,
da li ga možemo povećati,
dovoljno da možete da zavirite unutra
i vidite sve te sićušne sastavne delove, biomolekule,
kako su organizovani u tri dimenzije,
da direktno steknete uvid u strukturu mozga, ako hoćete.
Ako bismo to uspeli,
možda bismo bolje razumeli kako je mozak organizovan
tako da proizvodi misli, osećanja,
radnje i osećaje.
Možda bismo mogli da pokušamo da odredimo upravo one promene u mozgu
koje imaju za posledicu bolesti
kao što su Alchajmerova, epilepsija i Parkinsonova bolest,
za koje ima malo lečenja, a još manje lekova,
i za koje vrlo često ne znamo uzrok, poreklo,
niti šta zaista dovodi do toga da se jave.
Naša grupa na MIT-u
pokušava da zauzme drugačiju tačku gledišta
od načina na koji su neuronauke radile poslednjih sto godina.
Mi smo programeri. Mi smo pronalazači.
Pokušavamo da otkrijemo kako da izgradimo tehnologije
koje nam dozvoljavaju da posmatramo mozak i popravimo ga.
Razlog tome je to što je mozak neverovatno komplikovan.
Ono što smo naučili tokom prvog veka neuronauka
je da je mozak veoma komplikovana mreža
sačinjena od vrlo specijalizovanih ćelija
zvanih neuroni sa vrlo složenom geometrijom,
a električna struja će proticati kroz te neurone složenog oblika.
Osim toga, neuroni se povezuju u mreže.
Povezani su malim spojevima zvanim sinapse koje razmenjuju hemikalije
i omogućavaju neuronima da međusobno razgovaraju.
Gustina mozga je neverovatna.
U kubnom milimetru vašeg mozga
postoji oko 100 000 ovih neurona
i možda milijardu tih veza.
Međutim, još je gore od toga.
Tako, ako biste uveličali neuron -
a naravno, ovo je samo umetnički prikaz -
ono što biste videli jesu hiljade vrsta biomolekula,
male mašine na nano nivou organizovane u složene 3D obrasce,
a oni zajedno posreduju između tih električnih impulsa,
tih hemijskih razmena koje omogućavaju neuronima da sarađuju
da bi proizveli stvari poput misli, osećanja i tako dalje.
Ne znamo kako su neuroni organizovani u mozgu
tako da formiraju mreže
i ne znamo kako se biomolekuli organizuju
unutar neurona
da bi formirali te složene, organizovane mašine.
Ako zaista želimo da ovo razumemo,
biće nam potrebne nove tehnologije.
Međutim, kada bismo dobili takve mape,
kada bismo mogli da sagledamo organizaciju molekula i neurona,
neurona i mreža,
možda bismo zaista razumeli kako mozak upravlja informacijama
iz senzornih oblasti,
pomeša ih sa emocijama i osećanjima
i proizvodi naše odluke i postupke.
Možda bismo mogli da tačno utvrdimo skup molekularnih promena koje se dešavaju
pri poremećajima mozga.
Kada jednom saznamo kako su se ti molekuli promenili,
bilo da su se brojčano povećali ili im se promenio obrazac,
možemo ih iskoristiti kao mete za nove lekove,
za nove načine dopremanja energije u mozak
da bismo popravili proračune mozga
koji su pogođeni kod pacijenata koji boluju od poremećaja mozga.
Svi smo tokom proteklog veka videli mnogo različitih tehnologija
koje nastoje da se suoče sa ovim.
Mislim da smo svi videli skeniranja mozga
pomoću mašina za magnetnu rezonancu.
One, svakako, imaju veliku snagu u tome što su neinvazivne,
mogu se koristiti na živim ljudskim subjektima.
Međutim, takođe su prostorno nerafinirane.
Svaka od ovih mrlja koje vidite, ili voksela, kako se zovu,
može sadržati milione neurona.
Dakle, nemaju nivo rezolucije
na kome se mogu precizno odrediti molekularne promene koje se javljaju
ili promene povezivanja ovih mreža
koje doprinose našoj sposobnosti da budemo svesna i moćna bića.
Na drugom kraju, imate mikroskope.
Mikroskopi će, naravno, koristiti svetlo za posmatranje sićušnih stvari.
Vekovima su korišćeni za posmatranje stvari poput bakterija.
Za neuronauke,
pomoću mikroskopa su neuroni zapravo prvobitno otkriveni
pre oko 130 godina.
Međutim, svetlo je suštinski ograničeno.
Ne možete videti pojedinačne molekule običnim starim mikroskopom.
Ne možete videti ove sićušne veze.
Ako želimo da pojačamo našu sposobnost da vidimo mozak,
da dođemo do direktnog uvida u strukturu,
biće nam potrebne još bolje tehnologije.
Moja grupa je pre par godina počela da razmišlja:
„Zašto ne uradimo suprotno?
Ako je toliko komplikovano uveličati sliku mozga,
zašto ne uvećamo mozak?
Najpre je počelo
sa dva studenta u mojoj grupi, Feijem Čenom i Polom Tilbergom.
Sada mnogi drugi u mojoj grupi pomažu u ovom procesu.
Rešili smo da probamo da otkrijemo da li možemo da uzmemo polimere,
kao ono u peleni za bebe,
i da ih fizički ugradimo u mozak.
Ako to sprovedete baš kako treba i dodate vode,
potencijalno možete uvećati mozak
do tačke u kojoj možete međusobno razlikovati te male biomolekule.
Možete videti te veze i dobiti mape mozga.
To bi potencijalno moglo biti prilično dramatično.
Doneli smo malu demonstraciju ovde.
Imamo malo prečišćenog materijala za pelene za bebe.
Mnogo je lakše samo ga kupiti preko interneta
nego izvući nekoliko zrna koja zapravo postoje u pelenama.
Staviću ovde samo jednu kašičicu
prečišćenog polimera.
A ovde imamo malo vode.
Ono što ćemo da uradimo
jeste da vidimo da li ova kašičica materijala pelene za bebe
može da se poveća.
Videćete kako mu se povećava obim oko hiljadu puta
pred vašim očima.
Mogao bih da sipam mnogo više ovoga,
ali mislim da imate predstavu
da je ovo veoma zanimljiv molekul
i ako ga iskoristimo na pravi način,
mogli bismo zaista uveličati sliku mozga
na način na koji to ne možete uraditi pomoću prethodnih tehnologija.
U redu. Sada malo hemije.
Šta se dešava u polimeru u pelenama za bebe?
Ako biste ga uvećali,
mogli biste videti nešto poput onoga što vidite na ekranu.
Polimeri su lanci atoma poređani u duge, tanke linije.
Lanci su vrlo mali,
otpilike širine biomolekula,
a ti polimeri su veoma gusti.
Odvojeni su rastojanjima
koja su otpilike veličine biomolekula.
To je veoma dobro
jer bismo potencijalno mogli da razdvojimo sve u mozgu.
Ako dodamo vodu,
desiće se da će upijajući materijal apsorbovati vodu,
lanci polimera će se međusobno razdvojiti
i celokupni materijal će postati veći.
Zato što su lanci tako mali
i odvojeni biomolekularnim rastojanjima,
potencijalno bismo mogli uvećati mozak
i učiniti ga dovoljno velikim da vidimo.
Evo u čemu je misterija -
kako da zapravo napravimo te lance polimera u mozgu
tako da možemo da razdvojimo sve biomolekule?
Ako bismo to uspeli,
možda bismo mogli da dobijemo mape direktnog uvida u mozak.
Mogli bismo da sagledamo mrežu.
Mogli bismo da zavirimo unutra i vidimo molekule.
Da bismo ovo objasnili, napravili smo animacije
gde zapravo gledamo na umetničkim prikazima
kako bi biomolekuli mogli izgledati i kako bismo ih mogli razdvojiti.
Prvi korak - morali bismo da, najpre,
prikačimo svaki biomolekul, prikazan braon bojom ovde,
za malo sidro, malu dršku.
Morali bismo da molekule odvojimo jedne od drugih,
a da bismo to uradili, potrebna nam je mala drška
koja omogućava polimerima da se vežu
i da primene svoju snagu.
Ako samo uzmete polimer iz pelene za bebe i bacite ga na mozak,
očigledno, stajaće tu na vrhu.
Dakle, potrebno je da nađemo način da smestimo polimere unutra.
Po tom pitanju baš imamo sreće.
Ispostavilo se da možete da uzmete sastavne delove,
monomere, kako se zovu,
pa ako ih pustite da uđu u mozak
i zatim pokrenete hemijske reakcije,
možete da ih navedete da formiraju duge lance,
upravo unutar moždanog tkiva.
Obmotaće se oko biomolekula
i između biomolekula,
formirajući kompleksne mreže
koje će vam dozvoliti da, na kraju, razdvojite molekule
jedne od drugih.
Svaki put kada je prisutna jedna od tih malih drški,
polimer će se vezati za nju, a to je upravo ono što nam treba
da bismo međusobno razdvojili molekule.
U redu, trenutak istine.
Moramo delovati na ovaj uzorak hemikalijom
da bismo nekako otpustili molekule jedne od drugih,
a zatim, kada dodamo vodu,
taj upijajući materijal će početi da apsorbuje vodu,
lanci polimera će se razdvojiti,
ali će se sada biomolekuli pridružiti.
Kao kada nacrtate sliku na balonu,
a zatim nadujete balon -
slika je ista,
ali su se čestice mastila međusobno razdvojile.
To je ono što smo uspeli da uradimo sada, ali u tri dimenzije.
Postoji još jedan trik.
Kao što možete videti ovde,
sve biomolekule smo označili braon bojom.
To je zato što svi nekako izgledaju isto.
Biomolekuli su sačinjeni od istih atoma,
samo imaju različit redosled.
Potrebna nam je još samo jedna stvar da bismo ih učinili vidljivim.
Moramo da unesemo male oznake,
kao svetleće boje po kojima će se raspoznavati.
Tako jedna vrsta biomolekula može dobiti plavu boju,
druga vrsta biomolekula može dobiti crvenu boju
i tako dalje.
To je poslednji korak.
Sada možemo pogledati nešto kao što je mozak
i sagledati pojedinačne molekule,
jer smo ih dovoljno međusobno razdvojili
da ih možemo razlikovati.
Ovde postoji nada da možemo nevidljivo učiniti vidljivim.
Možemo izmeniti stvari koje mogu delovati malo i nejasno
i uvećati ih
sve dok ne postanu poput sazvežđa informacija o životu.
Evo stvarnog snimka toga kako to može izgledati.
Ovde imamo malo mozga u posudi,
komadić mozga, zapravo.
Ubrizgali smo polimer u njega
i sada dodajemo vodu.
Videćete kako će pred vašim očima -
snimak je ubrzan otprilike šest puta -
ovaj komadić moždanog tkiva porasti.
Može se povećati stotinu puta ili više u obimu.
Zanimljiv deo je u tome što, zato što su ti polimeri tako mali,
jednako razdvajamo biomolekule međusobno.
To je ravnomerno širenje.
Ne gubimo raspored informacija.
Samo olakšavamo da se vide.
Sada možemo uzeti moždane puteve -
evo dela mozga koji je uključen, na primer, u pamćenje -
i možemo ga uveličati.
Moždamo početi da sagledavamo kako su putevi konfigurisani.
Možda ćemo jednog dana moći da čitamo sećanja.
Možda bismo mogli da zaista vidimo kako su putevi podešeni
da bi obrađivali emocije,
kako je organizovana ta umreženost našeg mozga
da bi nas učinila onakvima kakvi smo.
Naravno, možemo odrediti, nadajmo se,
stvarne probleme u mozgu na molekularnom nivou.
Šta ako bismo mogli da pogledamo u ćelije mozga i otkrijemo -
vau, evo 17 molekula koji su izmenjeni
u ovom moždanom tkivu koje prolazi kroz epilepsiju
ili promene zbog Parkinsonove bolesti ili su na neki drugi način izmenjeni?
Ako dobijemo tu sistematičnu listu stvari koje idu po zlu,
one postaju naše mete u terapiji.
Možemo napraviti lekove da se vežu za njih.
Možda možemo usmeriti energiju na različite delove mozga
kako bismo pomogli ljudima sa Parkinsonovom bolešću, epilepsijom
ili drugim stanjima koja pogađaju više od milijardu ljudi širom sveta.
Nešto zanimljivo se dešavalo.
Ispostavilo se da u okviru biomedicine
postoje drugi problemi u vezi sa kojima širenje može pomoći.
Ovo je stvarna biopsija od pacijenta sa rakom dojke.
Ispostavilo se da, ako pogledate rak,
ako pogledate imuni sistem,
starenje, razvoj -
svi ti procesi podrazumevaju biološke sisteme velikih razmera.
Međutim, naravno, problem počinje sa tim malim molekulima na nano nivou,
mašinama koje čine da ćelije i organi u našem telu funkcionišu.
Stoga pokušavamo da sada otkrijemo
da li možemo zaista koristiti ovu tehnologiju
da bismo mapirali sastavne delove života u širokom spektru oboljenja.
Možemo li zaista odrediti molekularne promene kod tumora
tako da možemo da ga napadnemo na pametan način
i dostavimo lekove koji bi mogle uništiti upravo one ćelije koje želimo?
Znate, dobar deo medicine je veoma rizičan.
Ponekad čak podrazumeva nagađanje.
Moja je nada da možemo pretvoriti
ono što može biti visoko rizičan poduhvat na Mesec
u nešto što je pouzdanije.
Ako razmislite
o prvobitnom poduhvatu na Mesec, kada su zapravo sleteli na Mesec,
zasnovan je na čvrstoj nauci.
Razumeli smo gravitaciju,
razumeli smo aerodinamiku.
Znali smo kako da napravimo rakete.
Naučni rizik je bio pod kontrolom.
Ipak je to bio veliki podvig inženjerstva.
Međutim, u medicini, nemamo nužno sve zakone.
Da li imamo sve zakone koji su analogni gravitaciji,
koji su analogni aerodinamici?
Tvrdim da ih sa tehnologijama
poput onih o kojima govorim danas,
možda zapravo možemo proizvesti.
Možemo napraviti mapu obrazaca koji se javljaju u živim sistemima
i otkriti kako da prevaziđemo bolesti koje nas muče.
Znate, moja žena i ja imamo dvoje dece
i jedna od mojih nada kao bioinženjera je da učinim život boljim za njih
od onoga kakav je trenutno za nas.
Moja nada je, ako možemo da preokrenemo biologiju i medicinu
od tih visoko rizičnih poduhvata kojima rukovode slučaj i sreća
i učinimo ih stvarima u kojima pobeđujemo veštinama i napornim radom,
onda bi to bio veliki napredak.
Hvala vam mnogo.
(Aplauz)