Il braccio di ricerca e sviluppo del Pentagono, DARPA - la vera forza trainante di Internet e GPS - si è riformato tre anni fa per creare un nuovo ufficio dedicato alla risoluzione dei segreti commerciali della biologia. Il nuovo Biological Technology Office (BTO) si è posto il compito di "sfruttare la potenza dei sistemi biologici" e di sviluppare nuove tecnologie di difesa, ovviamente. Nell'ultimo anno, con un budget di quasi 300 milioni di dollari, ha studiato i problemi legati al miglioramento della memoria, alla simbiosi tra macchine e esseri umani e all'accelerazione del rilevamento e della risposta alle malattie.
DARPA, o la Defense Advanced Research Projects Agency, spera in un potente ritorno. Il direttore del BTO e ricercatore di neuroprotesi Justin Sanchez ha detto a Scientific American cosa aspettarsi dal suo dipartimento nel 2017, compreso il lavoro sugli impianti neurali per aiutare le persone sane nella loro vita quotidiana e altre tecnologie che, secondo lui, "cambieranno le regole del gioco". medicinale. Ti chiedi cosa stia facendo il nuovo ufficio dell'Agenzia per la difesa degli Stati Uniti? Si per me. Ascoltiamo Sanchez.
Prima che il tuo dipartimento fosse istituito nell'aprile 2014, DARPA stava già lavorando a diversi progetti biologici, inclusa la ricerca sulla resistenza agli antibiotici e gli interventi sulla salute mentale. Cosa è cambiato con la creazione del tuo ufficio?
Facciamo lavoro biologico - all'incrocio tra biologia e ingegneria - da molti anni, ma è stato sparso negli altri nostri dipartimenti. Questo ufficio era un riconoscimento del fatto che la tecnologia biologica avrebbe svolto un ruolo fondamentale non solo nella direzione del movimento del nostro paese, ma anche di altri paesi, quindi dovevamo concentrare gli sforzi a tutto campo e andare avanti.
Sono particolarmente incuriosito dal robusto BTO di sviluppare microbi programmabili per produrre i farmaci necessari al volo - e quindi aggirare i problemi di stoccaggio dei farmaci necessari o la complessa logistica di trasporto. Sembra fantastico. A che punto è questo lavoro adesso?
Questo programma si chiama "fonderie viventi" - come se stessimo per fondere qualcosa di vivo. Tradizionalmente, usiamo la chimica per creare nuovi composti o nuovi farmaci. Ma ultimamente, ci siamo resi conto che anche microbi come lieviti e batteri possono creare composti e possiamo programmarli per creare quei composti comprendendo prima quali percorsi chimici usano. Prendi il lievito, per esempio. Il lievito utilizza lo zucchero in vari modi per produrre alcoli. Se riprogrammate queste tracce, potreste costringere il lievito a creare tanti altri composti che inizialmente non sapevano produrre, e noi utilizzeremo comunque la stessa materia prima: lo zucchero.
I nostri team stanno sviluppando codici genetici che possono essere utilizzati per riprogrammare il lievito. Questa idea potrebbe rivoluzionare il nostro processo di produzione dei composti. Il programma ha il compito di produrre 1000 nuove molecole nel corso del programma (che è a tre anni di distanza) e le nostre squadre stanno andando bene. Penso che abbiano già prodotto circa 100 nuovi composti prodotti dal lievito. È come prendere la biologia e sposarla con strumenti di ingegneria e poi creare qualcosa con loro.
Quindi sei all'inizio del percorso per creare connessioni?
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Sì. Sono tutti prodotti in milligrammi, ma alla fine il programma inizierà a produrne chilogrammi.
Se riusciamo a creare queste nuovissime fonderie di composti, possiamo ribaltare sia la produzione di farmaci che gli approcci non medici, perché questa è una piattaforma. Qualunque sia la connessione a cui sei interessato, ci sono molte possibilità.
In che modo l'elezione di un nuovo presidente e il Congresso repubblicano influenzeranno il tuo lavoro?
Di solito non ci facciamo prendere da queste cose. La missione della DARPA rimane invariata indipendentemente dal clima politico. La nostra missione è creare tecnologie dirompenti per la sicurezza nazionale. È nostro compito e ruolo pensare in anticipo al mondo sulla scienza e la tecnologia. Penso che questa missione vada oltre il panorama politico. Abbiamo una missione molto rigorosa e stiamo cercando di proteggere il nostro paese, quindi questo ciclo elettorale è solo uno dei tanti.
Quale progetto BTO ammiri di più nel 2017?
È come con i bambini: non puoi avere un animale domestico. Ho molti preferiti. Consentitemi di condividerne alcuni che saranno particolarmente importanti nel 2017. In primo luogo, c'è un'area chiamata "avanzamento delle malattie infettive". Il nostro approccio attuale, quando un nuovo agente patogeno arriva sulle nostre coste, non è molto efficace. Vogliamo essere un passo avanti rispetto a qualsiasi agente patogeno che possa apparire al largo delle nostre coste e persino essere in grado di prevedere una pandemia. Stiamo sviluppando nuovi approcci all'immunizzazione utilizzando DNA e RNA. In particolare, pensiamo a come l'acido nucleico aiuta nell'immunizzazione. L'idea è che puoi dire alle tue cellule di produrre anticorpi con il codice corretto che sarà efficace contro uno specifico patogeno. Tutto si riduce ainsegnare alle cellule a rispondere a un patogeno - e questo ci aprirà un'immunità quasi istantanea contro un particolare patogeno e la capacità di combatterlo su un piano di parità.
In contrasto con il modo tradizionale di trattare le malattie infettive, che richiede mesi - se non anni - incluso non solo l'identificazione dell'agente patogeno, ma anche la creazione di un vaccino in quantità sufficienti, questo metodo può essere molto più veloce. È necessario un approccio radicale nella creazione di questa tecnologia fondamentale, nell'applicazione degli approcci del DNA e dell'RNA nella lotta alle malattie infettive. Spero che avremo qualcosa da annunciare nel 2017.
Cosa dichiarare, ad esempio?
Abbiamo già ottenuto risultati piuttosto buoni con esperimenti sui topi, che dimostrano che gli approcci dell'acido nucleico funzionano bene. Stiamo iniziando a fare esperimenti sicuri sugli esseri umani. Questi sono i primi passi. Nel prossimo anno inizieremo a creare nuovi programmi per queste piattaforme. Non abbiamo fretta di fare dichiarazioni, perché se ci riusciremo, cambierà radicalmente il principio stesso di combattere le dichiarazioni infettive.
Negli ultimi anni, c'è stato molto fermento intorno alle protesi e agli esoscheletri controllati dalla mente. Come si inserisce BTO DARPA in questo spazio?
Siamo praticamente appassionati di questo settore. Di recente abbiamo consegnato le prime due protesi Luke disponibili in commercio, le protesi più avanzate al mondo. Questo è un grande passo avanti nelle protesi controllate dal cervello, ma non ci fermeremo qui.
Penso che in futuro ci sarà un'ampia varietà di dispositivi che possono essere controllati dall'attività dei neuroni, e questo può essere fatto non solo dalle vittime, ma anche dalla gente comune. Vorremmo chiedere l'uso della tecnologia neurale nella vita di tutti i giorni già nel 2017.
Infatti? Che tipo di applicazioni potrebbero utilizzare le persone sane nella loro vita quotidiana?
Sono davvero interessato a come la tecnologia neurale potrebbe cambiare il modo in cui interagiamo tra loro, come comunichiamo e persino prendiamo decisioni. Penso all'assistenza cognitiva. Ci sono molte idee su come aiutare una varietà di persone. La porta potrebbe aprirsi al solo pensiero - e questa è solo l'applicazione più semplice di tali tecnologie.
Recentemente, DARPA ha condotto uno studio pubblicato sulla rivista Neuron, indagando sul fatto che la stimolazione cerebrale profonda non migliorava la memoria, anzi la peggiorava. Ma uno studio precedente condotto alcuni anni fa aveva la conclusione opposta: la stimolazione migliorava la memoria. Cosa significa questo per il lavoro del tuo dipartimento in quest'area?
La neurotecnologia è un'area molto vasta nel nostro ufficio. Abbiamo fatto grandi progressi in campo medico dimostrando che le interfacce neurali dirette (connessioni tra il cervello e un dispositivo come un neurostimolatore, un computer o una protesi) possono ripristinare il movimento, la sensazione e la salute con i disturbi neuropsichiatrici. Sorprendentemente, con tutto il rispetto per molti studi, molte persone pensano che sia possibile isolare un'area importante del cervello, stimolarla e ottenere magicamente una risposta. Ma non è così. Quando si mappa ciò che sta accadendo nel cervello, si scopre che se non si inviano i codici corretti al cervello, non si otterrà un miglioramento della memoria e si potrebbe addirittura peggiorare. Ma il trucco è che se invii i codici corretti, otterrai miglioramenti significativi nella memoria dichiarativa. Quindi questa è un'arma a doppio taglio. Sono necessarie ulteriori ricerche nella prossima generazione di ricerca sul cervello.
Potresti chiarire cosa intendi per "codice"?
Il codice è un paio di cose. Questa è l'attivazione precisa dei singoli neuroni. Supponiamo che tu abbia 100 neuroni e che si attivino tutti in momenti diversi in luoghi diversi - e tutti questi accensioni e spegnimenti possono essere interpretati come un tentativo di ricordare la parola "Nancy" o "albero". Possiamo capire cosa significano questi modelli di attivazione e come si relazionano al mondo reale. Tutti questi circuiti di attivazione neurale insieme producono onde o ritmi cerebrali, ea questo livello studiamo anche il cervello. È importante capire tutte queste diverse cellule cerebrali perché è così che funziona.
Il tuo dipartimento ha anche un programma di "biocronicità" che esplora il ruolo del tempo nelle funzioni biologiche e tenta di gestire gli effetti del tempo sulla fisiologia umana
Stiamo perdendo così tanto perché non capiamo la biologia. Penso che la nostra comprensione della biologia stia crescendo molto. E la nostra capacità di interagire con la biologia utilizzando metodi tecnici cambierà la nostra relazione con il corpo, il cervello e il sistema immunitario. Penso che avremo un futuro fantastico. Il 2017 ci farà saltare le cervella.
ILYA KHEL
