Marc Folcher và các nhà nghiên cứu khác đứng đầu là Martin Fussenegger, giáo sư công nghệ sinh học và công nghệ sinh học tại Khoa Hệ thống sinh học(D-BSSE) ở Basel, đã phát triển một phương pháp điều hòa gen mới cho phép các sóng não tư duy nhất định kiểm soát việc chuyển đổi gen thành các protein - được gọi là biểu hiện gen theo thuật ngữ chuyên môn.

"Lần đầu tiên, chúng tôi đã có thể khai thác sóng não của con người, truyền không dây chúng tới một mạng lưới gen và điều chỉnh sự biểu hiện của một gen tùy thuộc vào loại tư duy. Khả năng  kiểm soát biểu hiện gen thông qua năng lượng tư duy là một ước mơ mà chúng ta đã theo đuổi hàng thập kỷ,"Fussenegger nói.

Nguồn cảm hứng cho các hệ thống điều tiết gen bằng tư duy mới là trò chơi Mindflex, trong đó người chơi đội một chiếc mũ đặc biệt có cảm biến trên trán để ghi lại sóng não. Điện não đồ (EEG) ghi lại sau đó được chuyển vào môi trường trò chơi. EEG cho pháp người chơi dùng suy nghĩ để dẫn một quả bóng nhỏ vượt qua các chướng ngại vật.

Liên lạc không dây tới cơ quan cấy ghép

Hệ thống này, được các kỹ sư sinh học ở Basel trình bày trên tạp chí Nature Communications, cũng sử dụng mũ EEG. Các sóng não ghi lại được phân tích và truyền không dây qua Bluetooth tới cụm điều khiển, để kiểm soát máy phát trường điện từ; trường điện từ này cung cấp cho cơ quan cấy ghép một dòng điện cảm ứng.

Sau đó ánh sáng chiếu vào mô cấy ghép: một đèn LED tích hợp phát ra ánh sáng trong dải cận hồng ngoại bật lên và chiếu vào một buồng nuôi cấy có chứa các tế bào biến đổi gen. Khi ánh sáng cận hồng ngoại chiếu sáng các tế bào, chúng bắt đầu sản xuất các protein mong muốn.

Suy nghĩ điều khiển số lượng protein

Mô cấy ban đầu được thử nghiệm trong nuôi cấy tế bào và chuột, và được kiểm soát bởi những suy nghĩ của đối tượng thử nghiệm khác nhau. Các nhà nghiên cứu sử dụng SEAP cho các thử nghiệm, một protein mẫu của người dễ phát hiện sẽ chuyển từ buồng nuôi cấy mô ghép đi vào máu của chuột.

Để điều chỉnh lượng protein đưa vào, các đối tượng thử nghiệm được phân loại theo ba trạng thái tư duy: phản hồi sinh học, thiền định và tập trung. Các đối tượng thử nghiệm chơi trò Minecraft trên máy tính, tức là những người tập trung, đã sinh ra các giá trị SEAP trung bình trong máu của những con chuột. Khi nghỉ ngơi hoàn toàn (thiền định), các nhà nghiên cứu ghi nhận các giá trị SEAP rất cao ở các động vật thử nghiệm. Đối với đối tượng phản hồi sinh học, các đối tượng thử nghiệm đã thấy ánh sáng LED của vật cấy ghép trong cơ thể của chuột và có thể tắt/bật một cách có ý thức ánh sáng LED thông qua phản hồi thị giác. Điều này sau đó được phản ánh bởi sự thay đổi lượng SEAP trong máu của những con chuột.

Tạo gen nhạy sáng mới

"Việc kiểm soát gen theo cách này là hoàn toàn mới và là độc đáo theo sự đơn giản của nó," Fussenegger giải thích. Mô-đun optogenetic nhạy sáng phản ứng với ánh sáng cận hồng ngoại là một tiến bộ cụ thể. Ánh sáng này chiếu vào một protein nhạy sáng trong các tế bào biến đổi gen và gây ra một thác tín hiệu nhân tạo, dẫn đến việc sản sinh SEAP. Ánh sáng cận hồng ngoại được sử dụng bởi vì nó thường không gây hại cho các tế bào người, có thể xâm nhập sâu vào mô và cho phép hoạt động chức năng của mô cấy ghép được theo dõi trực quan.

Hệ thống này hoạt động một cách hiệu suất và hiệu quả trong nuôi cấy tế bào người và hệ thống người-chuột. Fussenegger hy vọng rằng mô cấy ghép được kiểm soát bằng tư duy có thể một ngày nào đó giúp chống lại các bệnh thần kinh, chẳng hạn như đau đầu mãn tính, đau lưng và bệnh động kinh, bằng cách phát hiện sóng não cụ thể ở giai đoạn sớm và kích hoạt và kiểm soát việc tạo ra các tác nhân nhất định trong mô cấy ghép vào đúng thời điểm.