Az elektrogyógyszerek a neuronális jelátvitelt manipuláló eszközökön túlmutatva transzformatív alkalmazásokat ígérnek többek között az ízületi gyulladás és a rák kezelése, vagy a szövet- és szervregeneráció területén is.

A neuronális jelátvitel elektromos impulzusokkal történő közvetlen manipulálása és a testszövetek releváns, nem ingerelhető sejtjei bioelektromos tulajdonságainak elektródákkal vagy ioncsatorna-gyógyszerekkel történő célzott befolyásolása a közelmúltban új kezelési osztályba tartozó terapeutikumok, az elektrogyógyszerek megjelenését eredményezte – írja a terület egyik legfőbb szakértője, Michael Levin munkatársaival a Trends in Pharmacological Sciences című lapban megjelent tanulmányában. Az „Elektrogyógyszerek: új alkalmazások az idegrendszeren és az excitábilis szöveteken kívül” című írás bemutatja az elektrogyógyszerek evolúcióját és jövőbeli várható fejlesztési irányait.

Az elektromos és a farmaceutikum/pharmaceutical szavak összetételéből egy évtizede született meg az elektrogyógyszer/electroceutical szó, hogy leírja a neuronális jelátvitel terápiás célú manipulációját. Az egy évtizeddel ezelőtti leírás óta az elektrogyógyszerek kifinomultabbak lettek, alkalmazásuk kibővült, és a betegségek széles körét célzó beavatkozások új ökoszisztémája jelent meg. 

Az elektrogyógyszerek első generációja olyan bevett terápiás beavatkozások sorát foglalja magába, mint a pacemakerek, defibrillátorok, cochleáris és retinaimplantátumok, transzkután elektromos idegstimulátorok, gerincvelő- és mély agyi stimulátorok, amelyek elektromos áramot használnak a hatás kiváltására. Ezek a beavatkozások az excitábilis szöveteket célozzák (szemben az egyes idegrostokkal vagy idegkötegekkel), egyszerű hullámformákat használnak, amelyeket nem kalibráltak a hatásmechanizmus alapján, és a tüneteket nem specifikus módon kezelik, a mögöttes biológiai hatás teljes megértése nélkül.

Az elektrogyógyszerek második generációja célzottabb elektromodulációra törekszik. Ez magába foglalja az idegrostok vagy idegkötegek egy részhalmazát célzó, miniatürizált eszközök alkalmazását, amit a biológia alaposabb mechanisztikus megértése támaszt alá. Az ilyen eszközök klinikai vizsgálatai jobban párhuzamba állíthatók a gyógyszerfejlesztéssel, és alkalmazási körük túlmutat a neurológiai rendellenességeken. Nagyobb pontossággal képesek megcélozni a nehezen kezelhető betegségeket a szervezet természetes biológiai reakcióinak stimulálásával – ilyen eszközök például azok, amelyek a vagális gyulladásos reflexet célozzák. Ezeket Kevin Tracey és Paul Peter Tak úttörő munkájának eredményeképp fejlesztették ki; Tracey és Tak írták le a vagális gyulladásos reflexet és bizonyították, hogy az idegrendszer reflexszerűen, valós időben szabályozza a gyulladásos választ. Genovese és munkatársai ezt követően kimutatták, hogy a nervus vagus stimulációja biztonságos, jól tolerálható módon javítja a gyógyszerrezisztens rheumatoid arthritis tüneteit.

A harmadik generációs elektrogyógyszerek az idegrendszeren és az excitábilis szöveteken túlra, a sejttípusok és szövetek sokkal szélesebb körére terjesztik ki a koncepciót, és gyógyszereket vagy eszközöket használnak a bioelektromosság sejtszintű modulálására – a minden sejtben jelenlévő endogén bioelektromos jelátvitelt (ioncsatornákat és gap junction fehérjéket) célozzák meg. A remények szerint ezeket a harmadik generációs elektrogyógyszereket be lehet majd vetni a rákgyógyászatban, a születési defektusok kijavításában, a regeneratív gyógyászatban és a metabolikus betegségek kezelésében egyaránt.

Az endogén bioelektromos jelátvitel megcélzása

A Levin és munkatársai által áttekintett közlemények szerint a test minden szövetében jelenlévő bioelektromos szabályozó mechanizmusok erőteljes, mindenütt jelenlévő interfészként szolgálnak az élet szoftverének átprogramozásához.

Sejtszinten a bioelektromos tulajdonságok – mint például a depolarizált nyugalmi potenciál és a redukált bioelektromos csatolás – az egyes sejtekben és sejtcsoportokban aktívan szabályozzák a rák kialakulását. A daganatokon belüli, valamint a daganat és az egészséges szövetek közötti steady-state és időfüggő bioelektromos jelátvitel dekódolása izgalmasan fejlődő terület a diagnosztika számára is; az endogén elektromos jelátvitel manipulálása hatékony lehet a primer tumorok és a metasztázisképződés ellen is. A sebekben a transzepithelialis membránpotenciál negatívabb töltésű (depolarizált), mint a seb nélküli epidermiszben; az így kialakult elektromos gradiens irányítja a sejtek sebbe vándorlását. Ez az elektrotaxisnak nevezett folyamat inspirálta a sebgyógyulást elősegítő elektrogyógyászati kötszerek kifejlesztését.

Az elektrogyógyszerek szövet- és szervregenerációban történő felhasználása Harold Saxton Burr és Elmer J. Lund megfigyelésével indult, akik először rögzítettek bioelektromos jelenségeket fejlődő embriókban, és felhívták a figyelmet arra, hogy az embriogenezis során változik a sejtek elektromos potenciálja (developmental bioelectricity). A bioelektromos vezérlőrendszer mechanizmusai lehetővé teszik a sejtek számára az embriogenezis során, hogy tudják, milyen struktúrákat kell felépíteniük, mikor kell leállni az osztódással vagy hogyan kell javítani a hibákat – a bioelektromosság tehát mélyen összefonódik a sejtek DNS-szintű információfeldolgozásának dogmájával.

Összefoglalóan Levin és munkatársai kifejtik: számos kutatási erőfeszítés látható a bioelektromosság területén, beleértve a betegségek kezelését a test elektromos adatainak valós idejű leolvasásával és átírásával; a betegségek noninvazív diagnosztizálását és a terápiás beavatkozások hatékonyságának mérését a sejtek bioelektromos szignatúrája alapján; a végtag- és szervregeneráció elősegítését a szövetekbe helyezett bioelektromos mintaemlékekkel; az elektromágneses adatbázisok felhasználását a gyógyszerfejlesztés irányítására és a génterápiák tér-időbeli célzott szállításának elektromos vezérlésére. 

A terület további fejlődése érdekében persze, szögezik le a kutatók, a szöveti és szervi szintű struktúrát meghatározó, natív bioelektromos kód pontos tisztázására is szükség van.