моллюсков становятся привлекательным объектом исследований. Например, как выяснилось, хитозан может впитывать гораздо больше крови, чем традиционные повязки, и поэтому он широко используется для перевязки ран в военных условиях.

Но исследователи стали обращать более пристальное внимание на разные части тела кальмара именно из-за их электрических свойств. Хитозан из пера кальмара проводит не только протоны, но и другие ионы. Белок из кожи кальмара, который рассеивает свет и закономерно называется рефлектином, тоже проводит протоны. Даже чернила, которые это животное выбрасывает в целях защиты, содержат пигмент эумеланин, обладающий смешанной проводимостью[433].

По мере обнаружения подобных свойств исследователи начинают активнее работать с такими материалами с целью создания устройств, способных регулировать неэлектронные токи. Инженер-химик Элон Городецки из Университета Калифорнии в Ирвине обнаружил, что рефлектин проводит протоны настолько быстро, что его можно использовать для создания протонного транзистора: как транзисторы в обычных вычислительных ячейках создают электронный ток в электронных устройствах, так протонный транзистор вместо этого может создавать поток ионов[434]. Городецки и его коллеги протестировали вещества из членистоногих животных и полагают, что они сформируют новое поколение биосовместимых, проводящих протоны материалов и новых протонных устройств[435]. Они даже могут стать основой для создания съедобных батареек, которые, возможно, будут полезными для изготовления протезов[436].

Однако, несмотря на все достижения в этой области после первых исследований в сфере “кальматроники”, Роланди перестал заниматься головоногими. “Поначалу мы выбрали путь биоматериалов”, – рассказывал он мне, пыхтя, во время нашей прогулки по идиллическому университетскому кампусу в Санта-Круз, где он теперь руководит факультетом инженерии. “Тогда мои мысли на этот счет еще не полностью оформились”. Прошло больше десяти лет после его первых исследований в сфере биологической электроники, и ему стало безразлично, какие именно материалы использовать. Он понял, что важно контролировать протоны – и неважно, какими способами.

Роланди начал создавать протонные устройства для воздействия на клеточные токи, используя хлорид серебра и палладий. Его идея заключалась в том, что протоны могут быть для нас промежуточным этапом в понимании возможностей воздействия на отдельные ионы и отдельные ионные каналы и послужить более точным инструментом взаимодействия и контроля, чем электроны. В 2017 году Роланди выпустил статью, которая попала в руки Майклу Левину, и они связались друг с другом. Левин уже точно знал, как можно использовать этот метод.

Левин обнаружил, что судьба клетки (костной, нервной, жировой ткани и др.) связана с ее мембранным потенциалом, как мы уже обсуждали ранее. Потенциал жировой клетки составляет около –50 милливольт по отношению к внеклеточной жидкости. Клетки кости поляризованы сильнее, и их мембранный потенциал составляет –90 милливольт. Клетки кожи и нейроны расположены где-то посредине с потенциалом –70 милливольт. Левин также установил, что потенциал стволовых клеток находится на уровне нуля, а по мере поляризации их мембраны до определенного значения соответствующим образом изменяется и их идентичность. Теперь он хотел научиться настраивать мембранный потенциал стволовых клеток, чтобы контролировать их предназначение. Если мы научимся воспроизводимо направлять превращение стволовых клеток в жировые, клетки костной ткани или нейроны, это докажет, что с помощью электричества можно контролировать огромное множество генетических и химических процессов.

Но как удержать живую клетку в одном и том же состоянии на протяжении достаточно длительного времени (нескольких часов или даже дней), чтобы она смогла превратиться во что-то новое? Проблема заключается в том, что клетки стремятся к гомеостазу: если их потенциал по какой-то причине нарушается, они быстро возвращаются к состоянию равновесия. В организме эта задача решается за счет регуляторных сигналов, постоянно посылаемых микроокружением клетки. Но в арсенале электрофизиологов не было такого инструмента, который мог бы имитировать эти сигналы.

Тут на помощь пришло DARPA. Исследования в таких направлениях, как создание протезов конечностей или нейропротезов, уже давно получают от них значительное финансирование. Приблизительно в то же время, когда встретились Роланди и Левин, агентство DARPA заинтересовалось биоэлектричеством благодаря назначению нового управляющего Пола Шихана, на которого протонный транзистор Роланди произвел глубокое впечатление. (На предыдущей работе в Морской исследовательской лаборатории США Шихан использовал протонный насос для создания изменяющих цвет биоэлектронных устройств, основанных на камуфляжной способности кальмара[437].)

Теперь, когда у него был доступ к фондам DARPA, Шихан выделил Роланди и Левину финансирование для работы над проектом со стволовыми клетками. На эти деньги Роланди и Левин взяли на работу Марселлу Гомес – математика и системного биолога из Университета Санта-Круз, которая специализировалась на теории контроля и кибернетике. Она была знакома с математическим аппаратом, подходящим для описания биологических систем, и поняла, что им нужна система машинного обучения, которая могла бы отслеживать и постоянно корректировать мембранный потенциал клеток в реальном времени. И она разработала такую систему.

Исследователи подсоединили стволовые клетки к устройству Роланди, которое создавало вокруг клеток протонный ток для повышения их мембранного потенциала. Если клетки пытались использовать какие-то из своих каналов, чтобы вернуться назад к более привычному для них потенциалу, написанный Гомес искусственный интеллект замечал это и вводил дополнительное количество протонов. Он поддерживал мембранный потенциал живых стволовых клеток на уровне на 10 милливольт выше, чем в обычном деполяризованном состоянии. В 2020 году ученые опубликовали результаты, полученные с помощью замечательного нового инструмента Гомес, позволявшего поддерживать искусственный мембранный потенциал на протяжении десяти часов. Никто прежде такого не делал.

Однако пока они пытались продлить время поддержания повышенного потенциала, чтобы следить за дифференцировкой стволовых клеток, у фонда закончились деньги.

Впрочем, к тому моменту они уже передали Шихану все необходимые доказательства, чтобы он смог начать работу над гораздо более крупным проектом. В начале 2020 года агентство DARPA запустило программу BETR (“Биоэлектроника для тканевой регенерации”), на которую было отпущено 16 миллионов долларов (совсем неплохо даже по меркам DARPA) для разработки способов быстрого заживления ран[438]. С помощью традиционных электронных устройств (или каких-либо других методов) этого добиться не удавалось. Хотя иногда применение электрической стимуляции для ускоренного заживления ран давало неплохие результаты, никто не мог предоставить специфического “рецепта”, при соблюдении которого можно добиваться стабильных результатов для каждого пациента. Шихан проанализировал достаточно работ, чтобы понять, что выход из тупика, возможно, заключается в общении с телом на его собственном языке. “Я хотел использовать биоэлектричество, опосредованное ионами, а не просто потенциал, – рассказывал он мне. – Как раз сейчас остро стоит проблема перехода от электрических сигналов к биохимическим и наоборот. Именно это и пытается сделать данная программа”. Шихан намерен улучшить все аспекты заживления ран – от получения более чувствительных сенсоров и переключателей до создания более качественных моделей процесса заживления.

Мы еще очень многого не знаем о ранах, и именно поэтому никто пока