De R & D-tak van het Pentagon, DARPA - de drijvende kracht achter internet en gps - heeft zichzelf drie jaar geleden hervormd om een nieuw kantoor te creëren dat zich toelegt op het oplossen van de handelsgeheimen van de biologie. Het nieuwe Biological Technology Office (BTO) heeft zichzelf tot taak gesteld "de kracht van biologische systemen te benutten" en natuurlijk nieuwe defensietechnologieën te ontwikkelen. Het afgelopen jaar heeft hij met een budget van bijna $ 300 miljoen onderzoek gedaan naar de problemen van het verbeteren van het geheugen, de symbiose tussen machines en mensen, en het versnellen van ziektedetectie en -respons.
DARPA, of het Defense Advanced Research Projects Agency, hoopt op een krachtig rendement. BTO-directeur en neuroprosthetica-onderzoeker Justin Sanchez vertelde Scientific American wat hij in 2017 van zijn afdeling kon verwachten, inclusief werk aan neurale implantaten om gezonde mensen te helpen in hun dagelijks leven en andere technologieën waarvan hij zegt dat ze 'de spelregels zullen veranderen'. geneesmiddel. Vraagt u zich af wat het nieuwste kantoor van de US Defense Agency aan het doen is? Ja voor mij. Laten we naar Sanchez luisteren.
Voordat uw afdeling in april 2014 werd opgericht, werkte DARPA al aan verschillende biologische projecten, waaronder onderzoek naar antibioticaresistentie en interventies op het gebied van geestelijke gezondheid. Wat is er veranderd met de oprichting van uw kantoor?
We doen al jaren biologisch werk - op het snijvlak van biologie en techniek - maar het is verspreid over onze andere afdelingen. Dit kantoor was een erkenning dat biologische technologie een cruciale rol zou spelen, niet alleen in de richting van beweging van ons land, maar ook van andere landen, dus we moesten een allesomvattende inspanning leveren en vooruitgaan.
Ik ben vooral geïntrigeerd door de robuuste BTO om programmeerbare microben te ontwikkelen om de benodigde medicijnen on-the-fly te produceren - en daardoor de problemen van het aanleggen van de benodigde medicijnen of complexe transportlogistiek te omzeilen. Klinkt geweldig. In welk stadium is dit werk nu?
Dit programma wordt "levende gieterijen" genoemd - alsof we iets levend gaan gieten. Traditioneel gebruiken we chemie om nieuwe verbindingen of nieuwe medicijnen te maken. Maar de laatste tijd hebben we ons gerealiseerd dat microben zoals gisten en bacteriën ook verbindingen kunnen maken, en we kunnen ze programmeren om die verbindingen te maken door eerst te begrijpen welke chemische routes ze gebruiken. Neem bijvoorbeeld gist. Gist gebruikt suiker op verschillende manieren om alcoholen te maken. Als je deze sporen herprogrammeert, zou je de gist kunnen dwingen om veel andere verbindingen te maken waarvan ze aanvankelijk niet wisten hoe ze moesten produceren, en we zullen nog steeds dezelfde grondstof gebruiken: suiker.
Onze teams ontwikkelen genetische codes die kunnen worden gebruikt om gist te herprogrammeren. Dit idee zou ons samengestelde fabricageproces kunnen veranderen. Het programma heeft als taak 1000 nieuwe moleculen te produceren in de loop van het programma (dat duurt drie jaar) en onze teams doen het goed. Ik denk dat ze al zo'n 100 nieuwe verbindingen hebben geproduceerd die door gist worden geproduceerd. Het is net als biologie nemen en het trouwen met technische hulpmiddelen en er dan iets mee creëren.
Dus je staat helemaal aan het begin van het pad naar het creëren van verbindingen?
Promotie video:
Ja. Ze worden allemaal in milligram geproduceerd, maar uiteindelijk zal het programma kilo's gaan produceren.
Als we deze gloednieuwe samenstellingsgieterijen kunnen creëren, kunnen we zowel de productie van geneesmiddelen als niet-medische benaderingen omdraaien, omdat dit een platform is. In welke verbinding u ook geïnteresseerd bent, er zijn veel mogelijkheden.
Welke invloed hebben de verkiezing van een nieuwe president en het Republikeinse Congres op uw werk?
Meestal raken we niet in zulke dingen verstrikt. De missie van DARPA blijft ongewijzigd, ongeacht het politieke klimaat. Onze missie is om disruptieve technologieën te creëren voor de nationale veiligheid. Het is onze taak en rol om vooruit te denken over wetenschap en technologie. Ik denk dat deze missie verder gaat dan het politieke landschap. We hebben een zeer strikte missie en we proberen ons land veilig te stellen, dus deze verkiezingscyclus is slechts een van de vele.
Welk BTO-project bewonder je het meest in 2017?
Het is net als bij kinderen: je kunt niet één huisdier hebben. Ik heb veel favorieten. Ik zal er een paar delen die vooral in 2017 belangrijk zullen zijn. Ten eerste is er een gebied genaamd "voortschrijdende infectieziekten". Onze huidige aanpak, wanneer een nieuwe ziekteverwekker aan onze kusten komt, is niet erg effectief. We willen elke ziekteverwekker die voor onze kusten verschijnt een stap voor zijn en zelfs een pandemie kunnen voorspellen. We ontwikkelen nieuwe benaderingen voor immunisatie met behulp van DNA en RNA. In het bijzonder denken we na over hoe nucleïnezuur helpt bij immunisatie. Het idee is dat u uw cellen kunt vertellen om antilichamen aan te maken met de juiste code die effectief zijn tegen een specifieke ziekteverwekker. Het komt allemaal neer opom cellen te leren reageren op een ziekteverwekker - en dit zal voor ons bijna onmiddellijke immuniteit openen tegen een bepaalde ziekteverwekker en het vermogen om het op voet van gelijkheid te bestrijden.
In tegenstelling tot de traditionele manier om met infectieziekten om te gaan, die maanden - zo niet jaren duurt - waarbij niet alleen de ziekteverwekker wordt geïdentificeerd, maar ook een vaccin in voldoende hoeveelheden wordt aangemaakt, kan deze methode veel sneller zijn. Er is een radicale benadering nodig bij het creëren van deze fundamentele technologie, bij de toepassing van DNA- en RNA-benaderingen in de strijd tegen infectieziekten. Ik hoop dat we in 2017 iets te melden hebben.
Wat moet u bijvoorbeeld aangeven?
We hebben al behoorlijk goede resultaten behaald met experimenten met muizen, die aantonen dat nucleïnezuurbenaderingen goed werken. We beginnen veilige experimenten op mensen te doen. Dit zijn de eerste stappen. In het komende jaar zullen we beginnen met het maken van nieuwe programma's voor deze platforms. We hebben geen haast om uitspraken te doen, want als we daarin slagen, zal het principe van het bestrijden van besmettelijke uitspraken fundamenteel veranderen.
De afgelopen jaren is er veel geroezemoes geweest rond hersengestuurde prothesen en exoskeletten. Hoe past BTO DARPA in deze ruimte?
We zijn behoorlijk gepassioneerd over dit gebied. Nog niet zo lang geleden hebben we de eerste twee commercieel verkrijgbare Luke-prothesen geleverd, de meest geavanceerde prothesen ter wereld. Dit is een grote stap in hersengestuurde prothesen, maar daar blijven we niet bij.
Ik denk dat er in de toekomst een grote verscheidenheid aan apparaten zal zijn die kunnen worden bestuurd door de activiteit van neuronen, en dit kan niet alleen door slachtoffers worden gedaan, maar ook door gewone mensen. We willen al in 2017 oproepen tot het gebruik van neurale technologie in het dagelijks leven.
Inderdaad? Welke toepassingen kunnen gezonde mensen in hun dagelijks leven gebruiken?
Ik ben echt geïnteresseerd in hoe neurale technologie kan veranderen hoe we met elkaar omgaan, hoe we communiceren en zelfs beslissingen nemen. Ik denk aan cognitieve hulp. Er zijn talloze ideeën om een grote verscheidenheid aan mensen te helpen. De deur kan gewoon opengaan bij de gedachte eraan - en dit is gewoon de eenvoudigste toepassing van dergelijke technologieën.
Onlangs voerde DARPA een studie uit die werd gepubliceerd in het tijdschrift Neuron, waarin werd onderzocht dat diepe hersenstimulatie het geheugen niet verbeterde - en zelfs erger maakte. Maar een eerdere studie van een paar jaar geleden had de tegenovergestelde conclusie: stimulatie verbeterde het geheugen. Wat betekent dit voor het werk van uw afdeling op dit gebied?
Neurotechnologie is een heel groot gebied op ons kantoor. We hebben grote vooruitgang geboekt op medisch gebied door te laten zien dat directe neurale interfaces (verbindingen tussen de hersenen en een apparaat zoals een neurostimulator, computer of prothese) beweging, gevoel en gezondheid kunnen herstellen bij neuropsychiatrische stoornissen. Opvallend is dat, met alle respect voor veel onderzoek, veel mensen denken dat het mogelijk is om een belangrijk gebied van de hersenen te isoleren, te stimuleren en op magische wijze een reactie te krijgen. Maar dit is niet het geval. Als je in kaart brengt wat er in de hersenen gebeurt, blijkt dat als je niet de juiste codes naar de hersenen stuurt, je geen verbetering in het geheugen krijgt en mogelijk zelfs verergert. Maar de truc is dat als u de juiste codes indient, u aanzienlijke verbeteringen in het declaratieve geheugen krijgt. Dit is dus een tweesnijdend zwaard. Er is meer onderzoek nodig in de volgende generatie hersenonderzoek.
Kunt u alstublieft verduidelijken wat u bedoelt met "code"?
Code is een paar dingen. Dit is het nauwkeurig afvuren van individuele neuronen. Laten we zeggen dat je 100 neuronen hebt en ze vuren allemaal op verschillende tijdstippen op verschillende plaatsen - en al deze aan en uit kunnen worden geïnterpreteerd als een poging om het woord "Nancy" of "boom" te onthouden. We kunnen begrijpen wat deze activeringspatronen betekenen en hoe ze zich verhouden tot de echte wereld. Al deze neurale activeringscircuits produceren samen hersengolven of ritmes, en op dit niveau bestuderen we ook de hersenen. Het is belangrijk om al deze verschillende hersencellen te begrijpen, want zo werkt het.
Uw afdeling heeft ook een “biochroniciteitsprogramma” dat de rol van tijd in biologische functies onderzoekt en probeert de effecten van tijd op de menselijke fysiologie te beheersen
We verliezen zoveel omdat we biologie niet begrijpen. Ik denk dat ons begrip van biologie veel groeit. En ons vermogen om met biologie om te gaan met behulp van technische methoden, zal onze relatie met het lichaam, de hersenen en het immuunsysteem veranderen. Ik denk dat we een geweldige toekomst zullen hebben. 2017 zal onze hersens eruit blazen.
ILYA KHEL
