DARPA wil biologische systemen in menselijk lichaam vertragen

Wie ernstig gewond raakt moet zo snel mogelijk naar een ziekenhuis worden vervoerd. De tijd die nodig is om een patiënt naar het ziekenhuis te vervoeren is namelijk een cruciale factor in de overlevingskans van een patiënt. Een nieuw project van het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) van het Amerikaanse ministerie van Defensie richt zich daarom op het vertragen van biologische systemen in het menselijk lichaam, met als doel meer tijd beschikbaar te maken om patiënten naar een ziekenhuis te vervoeren.

Het programma van het DARPA heet Biostasis en richt zich op het verlengen van wat het ‘golden hour’ of ‘gouden uur’ wordt genoemd: het eerste uur nadat een patiënt een ernstig verwonding of infectie oploopt. Indien een patiënt binnen dit uur naar een medische faciliteit wordt vervoerd, vergroot dit de overlevingskans van de patiënt aanzienlijk. Het DARPA richt zich binnen het Biostasis project specifiek op vergroten van de overlevingskans van soldaten die op het slagveld gewond raken. Het project kan echter ook interessante ontwikkelingen opleveren voor de ‘gewone’ mens en hun overlevingskans na een ernstig ongeluk of bij een ernstige infectie vergroten. 

Soldaten kunnen niet altijd direct worden geëvacueerd 

Het Amerikaanse leger investeert al langer in ontwikkelingen die de overlevingskans van gewonde soldaten vergroten. Deze ontwikkelingen zijn nagenoeg allemaal gericht op het verkorten van de tijd die nodig is om een soldaat naar een medische faciliteit te vervoeren. Op het slagveld kunnen echter allerlei factoren het vervoer van soldaten naar een ziekenhuis bemoeilijken. Zo kan het een grote uitdaging zijn gewonde soldaten te evacueren indien zij in een vuurgevecht zijn verwikkeld of kan het moeilijk zijn voor medisch personeel om soldaten in vijandig gebied veilig te bereiken. 

Het Biostasis programma richt zich daarom op het verlengen van het gouden uur, zodat meer tijd beschikbaar wordt om soldaten naar een medische faciliteit te vervoeren. Het DARPA wil hierbij moleculaire biologie inzetten om nieuwe manieren te ontwikkelen om biologische systemen in het menselijk lichaam te vertragen. Indien dit lukt, kan hiermee de tijd worden verlengd tussen het moment dat een soldaat een ernstige verwonding oploopt en het moment dat een biologisch systeem in het lichaam van de soldaat het laat afweten. “In essentie is het concept erop gericht leven te vertragen met als doel levens te redden”, schrijft het DARPA op haar website. 

‘Het leven is een reeks continue biochemische reacties’

“Op moleculair niveau is leven een reeks continue biochemische reacties, en een kenmerkende eigenschap van deze reacties is dat zij een katalysator nodig hebben om überhaupt op te treden”, legt Tristan McClure-Begley, programmamanager van het Biostasis programma, uit. “In een cel zijn deze katalysatoren aanwezig in de vorm van proteïne of grote moleculaire machines die chemische en kinetische energie omzetten in biologische processen. Ons doel met Biostasis is het beheren van deze moleculaire machines en hen allen met hetzelfde tempo te vertragen, zodat we het volledige systeem op gracieuze wijze kunnen vertragen en nadelige gevolgen kunnen voorkomen zodra deze interventie wordt teruggedraaid of verminderd.”

In het programma worden verschillende manieren onderzocht om biochemische processen in levende cellen te vertragen. Het DARPA hoopt in het programma uiteenlopende methoden te ontwikkelen, variërend van eenvoudige behandelingen zoals het toedienen van antilichamen tot meer holistische behandelingen gericht op volledige cellen of weefsels. Alle methoden die worden ontwikkeld moeten ertoe leiden dat alle meetbare biologische functies in een menselijk lichaam worden vertraagd met minimale schade aan cellulaire processen indien de biologische functies worden hersteld. 

Cellulaire processen gelijktijdig vertragen

Het DARPA noemt het van groot belang dat alle cellulaire processen met hetzelfde niveau worden vertraagd, aangezien processen in veel gevallen elkaar beïnvloeden en van elkaar afhankelijk zijn. Als voorbeeld noemt het instituut celademhaling, wat van cruciaal belang is voor verschillende cellulaire processen. Indien de celademhaling wordt vertraagd, betekent dit echter niet dat andere gerelateerde cellulaire processen ook automatisch vertragen. Indien deze gerelateerde processen echter niet tijdig in dezelfde mate worden vertraagd, kan een dergelijke ingreep ertoe leiden dat cellen afsterven. 

Het instituut zoekt daarom naar biochemische methoden om de celenergie op proteïneniveau te kunnen beïnvloeden. Proteïnes zijn volgens het DARPA de werkpaarden van celfuncties. In de natuur zijn verschillende voorbeelden te vinden van organismen die proteïne gebruiken om onder extreme omstandigheden te overleven. Een voorbeeld zijn beerdiertjes, kleine diertjes die in een vochtige omgevingen leven. Beerdiertjes kunnen onder andere bevriezen, nagenoeg volledig uitgedroogd raken en extreme hoeveelheden radiatie tolereren. Een ander voorbeeld is de boskikker, die gedurende een periode van meerdere dagen volledig bevroren kan zijn. 

De natuur als inspiratiebron

“De natuur in een bron van inspiratie”, aldus McClure-Begley. “Indien het ons lukt de beste manieren te vinden om andere biologische systemen te versterken en de kans te verkleinen dat zij na beschadiging in een oncontroleerbare neerwaartse spiraal terecht komen, hebben we een significante uitbreiding op de biologische gereedschapskist in handen.”

Het Biostasis programma heeft een looptijd van vijf jaar. In eerste instantie moet het programma leiden tot proof-of-concept technologieën, die vervolgens op eenvoudige levende organismen zullen worden uitgetest. Om deze technologieën uiteindelijk geschikt te maken voor toepassing op mensen, werkt het DARPA samen met Amerikaanse gezondheids- en regelgevende instanties. Zodra de looptijd van het programma is verstreken, hoopt het DARPA meerdere tools in handen te hebben om het risico op permanent letsel of overlijden na een ernstige verwonding of infectie te verkleinen.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: DARPA
Foto: Pixabay / mattthewafflecat