Pentagons F & U-arm, DARPA - den meget drivende kraft bag Internettet og GPS - reformerede sig selv for tre år siden for at skabe et nyt kontor dedikeret til at løse biologiens forretningshemmeligheder. Det nye kontor for biologisk teknologi (BTO) har sat sig til opgave at "udnytte kraften i biologiske systemer" og selvfølgelig udvikle nye forsvarsteknologier. I løbet af det sidste år har han med et budget på næsten $ 300 millioner undersøgt problemerne med at forbedre hukommelsen, symbiose mellem maskiner og mennesker og fremskynde sygdomsopdagelse og respons.
DARPA, eller Agenturet for avancerede forskningsprojekter, håber på en massiv udbetaling. BTO-direktør og neuroprotetikforsker Justin Sanchez fortalte Scientific American, hvad de kunne forvente af sin afdeling i 2017, herunder arbejde med neurale implantater for at hjælpe raske mennesker i deres daglige liv og andre teknologier, som han siger vil "ændre spillereglerne." medicin. Undrer du dig over, hvad det nyeste kontor for det amerikanske forsvarsagentur holder på med? Ja, for mig. Lad os lytte til Sanchez.
Før din afdeling blev oprettet i april 2014, arbejdede DARPA allerede med flere biologiske projekter, herunder antibiotikaresistensforskning og mental sundhedsinterventioner. Hvad har ændret sig med oprettelsen af dit kontor?
Vi har udført biologisk arbejde - i krydset mellem biologi og teknik - i mange år, men det har været spredt over vores andre afdelinger. Dette kontor var en anerkendelse af, at biologisk teknologi skulle spille en kritisk rolle ikke kun i retning af vores lands bevægelse, men også andre lande, så vi var nødt til at fokusere en altomfattende indsats og komme videre.
Jeg er især fascineret af den robuste BTO til at udvikle programmerbare mikrober til at producere de nødvendige lægemidler på farten - og derved omgå problemerne med oplagring af de nødvendige lægemidler eller kompleks transportlogistik. Det lyder fantastisk. På hvilket tidspunkt er dette arbejde nu?
Dette program kaldes "levende støberier" - som om vi vil kaste noget levende. Traditionelt bruger vi kemi til at skabe nye forbindelser eller nye lægemidler. Men for nylig har vi indset, at mikrober som gær og bakterier også kan fremstille forbindelser, og vi kan programmere dem til at skabe disse forbindelser ved først at forstå, hvilke kemiske veje de bruger. Tag f.eks. Gær. Gær bruger sukker på forskellige måder til fremstilling af alkoholer. Hvis du omprogrammerer disse spor, kan du tvinge gæren til at skabe mange andre forbindelser, som de oprindeligt ikke vidste, hvordan de skulle producere, og vi vil stadig bruge det samme råmateriale: sukker.
Vores hold udvikler genetiske koder, der kan bruges til at omprogrammere gær. Denne idé kunne revolutionere vores sammensatte fremstillingsproces. Programmet har til opgave at producere 1000 nye molekyler i løbet af programmet (som er tre år væk), og vores teams har det godt. Jeg tror, de allerede har produceret omkring 100 nye forbindelser, der produceres af gær. Det er som at tage biologi og gifte sig med tekniske værktøjer og derefter skabe noget med dem.
Så du er helt i starten af vejen til at skabe forbindelser?
Salgsfremmende video:
Ja. De produceres alle i milligram, men til sidst begynder programmet at producere kilogram af dem.
Hvis vi kan skabe disse helt nye sammensatte støberier, kan vi vende både lægemiddelproduktion og ikke-medicinske tilgange, fordi dette er en platform. Uanset hvilken forbindelse du er interesseret i, er der mange muligheder.
Hvordan vil valget af en ny præsident og den republikanske kongres påvirke dit arbejde?
Vi bliver normalt ikke fanget i sådanne ting. DARPA's mission forbliver uændret uanset det politiske klima. Vores mission er at skabe forstyrrende teknologier til national sikkerhed. Det er vores job og rolle at tænke foran verden om videnskab og teknologi. Jeg tror, at denne mission går ud over det politiske landskab. Vi har en meget streng mission og forsøger at sikre vores land, så denne valgcyklus er blot en af mange.
Hvilket BTO-projekt beundrer du mest i 2017?
Det er som med børn - du kan ikke have et kæledyr. Jeg har mange favoritter. Lad mig dele et par, der vil være særlig vigtige i 2017. For det første er der et område kaldet”fremskridt smitsomme sygdomme”. Vores nuværende tilgang, når et nyt patogen kommer til vores kyster, er ikke særlig effektiv. Vi ønsker at være et skridt foran ethvert patogen, der kan forekomme uden for vores kyster og endda være i stand til at forudsige en pandemi. Vi udvikler nye tilgange til immunisering ved hjælp af DNA og RNA. Især tænker vi på, hvordan nukleinsyre hjælper med immunisering. Ideen er, at du kan fortælle dine celler at producere antistoffer med den korrekte kode, der vil være effektiv mod et bestemt patogen. Det hele kommer ned tilat lære celler at reagere på et patogen - og dette vil åbne op for os næsten øjeblikkelig immunitet mod et bestemt patogen og evnen til at bekæmpe det på lige fod.
Hvis man kontrasterer dette med den traditionelle måde at håndtere smitsomme sygdomme på, som tager måneder - om ikke år - inklusive ikke kun identifikation af patogenet, men også oprettelse af en vaccine i tilstrækkelige mængder, kan denne metode være meget hurtigere. En radikal tilgang er nødvendig i skabelsen af denne grundlæggende teknologi i anvendelsen af DNA- og RNA-tilgange i kampen mod smitsomme sygdomme. Jeg håber, vi har noget at annoncere i 2017.
Hvad for eksempel at erklære?
Vi har allerede haft nogle ret gode resultater med eksperimenter på mus, som viser, at nukleinsyretilgange fungerer godt. Vi begynder at lave sikre eksperimenter på mennesker. Dette er de første trin. I det kommende år begynder vi at oprette nye programmer til disse platforme. Vi har ikke travlt med at komme med udsagn, for hvis vi lykkes, vil det fundamentalt ændre selve princippet om bekæmpelse af smitsomme udsagn.
I løbet af de sidste par år har der været en masse brummer omkring sindstyrede proteser og exoskeletons. Hvordan passer BTO DARPA ind i dette rum?
Vi brænder stort set for dette område. Vi leverede for nylig de to første kommercielt tilgængelige Luke-proteser, de mest avancerede proteser i verden. Dette er et stort skridt i hjernestyrede proteser, men vi vil ikke stoppe der.
Jeg tror, at der i fremtiden vil være en lang række enheder, der kan styres af neuronernes aktivitet, og dette kan ikke kun gøres af ofre, men også af almindelige mennesker. Vi vil gerne opfordre til brug af neurologisk teknologi i hverdagen så tidligt som i 2017.
Ja? Hvilke applikationer kan raske mennesker bruge i deres daglige liv?
Jeg er virkelig interesseret i, hvordan neural teknologi kan ændre, hvordan vi interagerer med hinanden, hvordan vi kommunikerer og endda træffer beslutninger. Jeg tænker på kognitiv hjælp. Der er mange ideer til, hvordan man kan hjælpe en række mennesker. Døren kunne bare åbnes ved tanken om det - og dette er bare den enkleste anvendelse af sådanne teknologier.
For nylig gennemførte DARPA en undersøgelse, der blev offentliggjort i tidsskriftet Neuron og undersøgte, at dyb hjernestimulering ikke forbedrede hukommelsen - og endda gjorde det værre. Men en tidligere undersøgelse foretaget for et par år siden havde den modsatte konklusion: stimulering forbedrede hukommelsen. Hvad betyder dette for din afdelings arbejde på dette område?
Neuroteknologi er et meget stort område på vores kontor. Vi har gjort store fremskridt inden for det medicinske område ved at vise, at direkte neurale grænseflader (forbindelser mellem hjernen og en enhed såsom en neurostimulator, computer eller protese) kan gendanne bevægelse, fornemmelse og sundhed med neuropsykiatriske lidelser. Bemærkelsesværdigt, med al respekt for mange undersøgelser, tror mange mennesker, at det er muligt at isolere et vigtigt område af hjernen, stimulere det og magisk få et svar. Men dette er ikke tilfældet. Når du kortlægger, hvad der sker i hjernen, viser det sig, at hvis du ikke sender de korrekte koder til hjernen, får du ikke en forbedring i hukommelsen og kan endda forværre den. Men tricket er, at hvis du sender de korrekte koder, får du betydelige forbedringer i deklarativ hukommelse. Så dette er et tveægget sværd. Mere forskning er nødvendig i den næste generation af hjerneforskning.
Kan du venligst præcisere, hvad du mener med "kode"?
Kode er et par ting. Dette er den nøjagtige fyring af individuelle neuroner. Lad os sige, at du har 100 neuroner, og de skyder alle sammen på forskellige tidspunkter forskellige steder - og alle disse til og fra kan tolkes som at prøve at huske ordet "Nancy" eller "træ". Vi kan forstå, hvad disse aktiveringsmønstre betyder, og hvordan de relaterer sig til den virkelige verden. Alle disse neurale aktiveringskredsløb producerer sammen hjernebølger eller rytmer, og på dette niveau studerer vi også hjernen. Det er vigtigt at forstå alle disse forskellige hjerneceller, fordi det er sådan, det fungerer.
Din afdeling har også et”biokronicitet” -program, der udforsker tidens rolle i biologiske funktioner og forsøger at styre tidens virkninger på menneskelig fysiologi
Vi mister så meget, fordi vi ikke forstår biologi. Jeg tror, at vores forståelse af biologi vokser meget. Og vores evne til at interagere med biologi ved hjælp af tekniske metoder vil ændre vores forhold til krop, hjerne og immunsystem. Jeg tror, vi får en fantastisk fremtid. 2017 vil sprænge vores hjerner ud.
ILYA KHEL
