Наука - Homo technicus

Наука - Homo technicus

Ваш upgrade уже готов
На протяжении веков люди мечтают о вечной жизни, но – увы! Мечты эти так и остаются мечтами. Прожить 1000 или хотя бы 200 лет еще не удалось никому. Однако в XXI веке это наконец-то сможет стать реальностью благодаря последним достижениям в биологии, медицине, нанотехнологиях и кибернетике.

На сегодняшний день все большее количество ученых полагают, что можно подарить людям вечную жизнь, если своевременно превратить их в киборгов, заменив данные от природы органы и ткани на более совершенные, механические. Первые шаги к созданию новой разновидности людей – Homo technicus – уже сделаны.

Надежные почки, железные нервы

Невероятно, но факт! В 2000 году в Соединенных Штатах Америки проживало 25 миллионов киборгов – людей, в организмы которых были хирургическим путем помещены электронные кардиостимуляторы, искусственные суставы и другие медицинские имплантаты. При их изготовлении использовались те же сплавы и керамические материалы, что и в любом другом, не связанном с медициной, высокотехнологичном оборудовании. В будущем имплантаты должны стать совсем другими. Теджал Десаи, исследователь из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, уже испытал на крысах искусственную поджелудочную железу, которая обещает совершить революцию в лечении диабета. Живые клетки поджелудочной железы помещаются в особую капсулу, защищающую их от иммунной системы «хозяина», и при необходимости выделяют инсулин. Доктор Десаи надеется использовать эту же методику и для лечения неврологических заболеваний. В начале 2007 года начинаются клинические испытания синтетических костей, способных заменить привычные титановые болты, применяющиеся в ортопедии. Эдуард Ан из компании Angstrom Medica (Уоберн, штат Массачусетс) разработал материал NanOss на основе гидроксиапатита – вещества, из которого в основном состоит наш скелет. Апатиты уже довольно давно применяются для изготовления костных имплантатов, но новый материал намного прочнее, так как он имитирует молекулярную структуру натуральной кости. По сути, NanOss – обычная костная ткань. Это одно из первых достижений нанотехнологий, заслужившее одобрение Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарствами США (FDA). Живая человеческая кость легко срастается со вставкой из NanOss, в результате чего возникает гибрид – прочный как сталь. В результате фактически стирается граница между живой и неживой материей.

А группа биоинженеров из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе под руководством профессора Карло Монтеманьо смогла срастить клетки сердечной мышцы с опорной конструкцией из золота. Методика позаимствована у производителей компьютерных микросхем. Сначала на тонкой кремниевой подложке вытравливают тонкие опорные «лучи». Затем эту поверхность покрывают биосовместимым полимером, а сверху напыляют золотую пленку. На весь этот конгломерат наносят клетки сердечной мышцы, взятые у крысы. Они начинают делиться и покрывают золото тонким живым слоем. Затем полимер растворяют, подложка отпадает, и получившийся гибрид – микроскопическое устройство, сотворенное из органической и неорганической материи, самостоятельно ползет вперед. «Эта штучка действительно живая», – восхищается Монтеманьо. Полученный миниатюрный биоробот «заправляется» молекулами аденозинтрифосфата (АТФ), из которых черпают энергию живые клетки. Возвратно-поступательное движение множества таких биороботов, выращенных из мышечных клеток самого пациента, когда-нибудь сможет приводить в движение имплантированные устройства. К примеру, таким образом можно будет облегчить дыхание парализованных пациентов.

С чипом по жизни

Другое популярное направление современной медицины – компьютерные чипы, вживляемые в человеческий организм. Возможности их воистину безграничны. Такие микроэлектромеханические системы (MEMS) могут заменить целую медицинскую лабораторию. Например, компания MicroCHIPS в Бредфорде, штат Массачусетс, сейчас разрабатывает устройство, которое будет действовать как биоанализатор и механизм для дозировки лекарств. Испытания этой новинки на людях должны начаться через два года. А Джеймс Бейкер из мичиганского Института нанотехнологии разрабатывает новый тип биодатчика – систему, которая должна отслеживать уровень облучения астронавтов в ходе длительных космических экспедиций – например, при полетах на Марс. Этот проект финансируется из фондов NASA. Перед отправлением с Земли в кровь астронавтам введут наночастицы, которые начинают светиться при встрече с лимфоцитами (одним из видов белых кровяных телец), имеющими признаки, характерные для поражения радиацией. Чтобы определить наличие и выраженность лучевой болезни, нужно всего лишь вставить в ухо чувствительный датчик, который сосчитает светящиеся наночастицы, когда они проходят через близлежащие капилляры. На Земле подобную систему можно использовать для диагностики ВИЧ и других болезней, меняющих состав лимфоцитов.

Вживленные в организм микрочипы могут регистрировать электрические импульсы или звуковые волны, как это делает изделие израильской компании Remon Medical Technologies. В настоящее время она проводит клинические испытания двух своих аппаратов, которые контролируют состояние сердца крошечными датчиками, измеряющими давление крови с помощью миллисекундных звуковых импульсов. Интересно, что эта идея была заимствована из общих принципов ультразвуковой навигации подводных лодок. Заведующий отделом перспективных исследований компании Remon Ави Пеннер предсказывает, что в ближайшее десятилетие «наши тела станут вместилищем для целой компьютерной сети, где центральный процессор будет командовать множеством различных имплантатов. К концу дня отчет о работе нашего организма будет передаваться в некий диспетчерский центр, который уведомит нас, все ли в порядке и не пора ли зайти к врачу».

Стационарные MEMS – далеко не единственные образчики передовых технологий, созданные для функционирования в человеческом организме. В ближайшее время в сердечно-сосудистой, мочеполовой системе и пищеварительном тракте могут поселиться крошечные аппараты, о которых давно мечтают писатели-фантасты. Они будут чистить кровеносные сосуды, доставлять строго по месту назначения необходимые лекарства и удалять опухоли. Создатель концепции киборгов Карло Монтеманьо спроектировал и такую крошечную машинку, которая когда-нибудь сможет функционировать прямо внутри живой клетки. Она состоит из пропеллера длиной 750 нанометров и связанного с ним мотора толщиной 11 нанометров. Устройство получилось во много раз меньше эритроцита, а энергию для своего движения оно черпает из АТФ. Придумано несколько различных способов управления такими роботами и их энергообеспечения. Можно даже создать целую сеть беспроводной связи прямо внутри тела пациента. Кому-то подобные проекты покажутся нереалистичными, однако Федеральная комиссия по связи США отнеслась к ним весьма серьезно и в законодательном порядке выделила участок 402–405 мГц из общего диапазона частот связи специально под радиокоммуникации имплантированных медицинских приборов.

Слушая наше дыхание

Инженеры человеческих тел обещают осуществить и другую давнюю мечту человечества – научить его дышать под водой. Тюлени и киты могут совершенно спокойно оставаться в глубине океана больше часа, человек же – всего несколько минут. Откуда такая несправедливость? Причина проста. У морских млекопитающих совершенно уникальная кровь, способная удерживать в себе огромное количество кисло-рода. А что если немного улучшить человеческую кровь? – задумался Роберт Фрайтас, стипендиат-исследователь из Института молекулярных технологий (США). Результатом стал детализированный проект по созданию искусственного эритроцита, который он назвал «респироцит». Как объясняет Фрайтас, каждый респироцит – шарик диаметром в одну тысячную долю миллиметра – является крошечным баллоном для хранения газа под высоким давлением. Нужно ввести эти шарики в кровь, и они сами побегут по кровеносным сосудам. Попадая на периферию кровеносной системы, они будут выдавать кислород и адсорбировать углекислоту, а оказавшись в легких, снова зарядятся кислородом. Фрайтас утверждает, что его респироциты должны транспортировать кислород в 236 раз более эффективно, чем это делают красные кровяные тельца, и один шприц с таким препаратом сможет хранить столько же кислорода, сколько содержится во всей нашей кровеносной системе. Если научиться вводить эти сверхэффективные хранилища кислорода в систему кровообращения, фирмы-производители аквалангов могут прогореть.

Казалось бы, совершенно бредовая идея, однако у Фрайтаса уже появились конкуренты. Группа американских биоинженеров из университетов Пенсильвании и Миннесоты по договору с NASA разработала искусственные клетки с двойными стенками (полимерсомы). Странствуя с током крови по организму, они будут доставлять к месту назначения полезный груз – лекарства, подавляющие рост раковых опухолей, контрастные или флюоресцентные вещества для визуализации происходящих в организме процессов и, разумеется, дополнительный кислород. Полимерсомы долговечны и не отторгаются организмом, а их свойствами можно управлять, изменяя состав мембран. Их можно высушивать, а потом снова насыщать влагой. В целом они представляются отличной основой для создания искусственной крови. Полимерсомы смогут заменить и водолазное снаряжение, хотя, в отличие от нанороботов Фрайтаса, предназначенных для постоянной перекачки кислорода, они обеспечат только одноразовую заправку.

Скажу как телепат телепату

Биоинженеры обещают решить и такую, казалось бы, неразрешимую проблему, как передача мыслей от одного человека к другому без каких бы то ни было дополнительных устройств. Уже сейчас более 100 000 еще недавно глухих пациентов вернулись к нормальной жизни благодаря кохлеарным имплантатам. Эти аппараты преобразуют звук в электрические импульсы, которые через слуховой нерв поступают непосредственно в мозг. Более того, в перспективе такие технологии открывают двери к забавным фокусам, весьма напоминающим телепатию.

Сегодня кохлеарные имплантаты подают на слуховой нерв электроимпульсы, соответствующие звукам из непосредственного окружения пациента, но ведь подобные же импульсы могут приходить издалека. Более того, почему эти сигналы должны соответствовать реальным звукам, а не чему-либо еще? Это ведь может быть и электронное письмо, пропущенное через аппарат, преобразующий текст в живую речь. И наконец, так ли важно, чтобы это воображаемое электронное письмо было набрано вручную, с помощью клавиатуры? А может быть, с этой задачей справится мозговой имплантат, соединенный с компьютером, – и даже не с помощью вживленного в череп разъема, а по радиоканалу? Это будет подлинной революцией для тех, кто сейчас отрезан от мира из-за серьезных форм инвалидности. Сегодня мы просто фантазируем, но когда-нибудь в недалеком будущем дистанционно управляемые имплантаты смогут передать от одного разума к другому что-то вроде электронного письма: «Привет, дорогуша! А я как раз о тебе подумал». Пока это звучит диковато, но вспомним, с каким недоверием на первых порах люди относились к телеграфу.

Нанороботы: крошечные вездеходы

Недалеко то время, когда микроскопические роботы будут странствовать по нашему телу, вычищая из артерий холестерин, борясь с опухолями, даже вторгаясь внутрь клеток для восстановления ДНК. На сегодня самая сложная проблема в разработке этих механизмов – придумать для них подходящие способы передвижения и варианты снабжения энергией.

Магнитные торпеды. Некоторые исследователи, например Метин Ситти из Лаборатории наноробототехники в университете Карнеги–Меллон (Питсбург, США), проектируют нанороботов, которые будут и питаться энергией, и управляться за счет магнитных полей, создаваемых вне человеческого тела с помощью аппаратов наподобие оборудования для УВЧ-терапии. Поступательное движение таких аппаратов будут обеспечивать механические жгутики или реснички. В других проектах предлагаются винтовые пропеллеры или плавники.

Таракан на батарейках. Предполагается, что многие нанороботы будут просто плыть по течению в потоке крови, лимфы или спинномозговой жидкости. Однако проектируются и другие аппараты – например, этот робот по имени Gutbot, детище все того же Метина Ситти, должен на своих цепких лапках, сделанных по подобию тараканьих, ползать по кишечнику, передавая на монитор изображение его стенок. Размеры устройства позволяют вставить в него маленькую батарейку.

Бактерии в упряжке. Ученые недавно занялись придумыванием крошечных самоходных устройств – а ведь природа решает эту задачу многие миллионы лет. Некоторые фантазеры советуют прикреплять к нанороботам упряжки из кишечных палочек – бактерий E.coli, которые передвигаются с помощью хлыстообразных жгутиков. Управлять чувствительными к свету бактериями можно будет с помощью лучика лазера.

Коварные полимеры. Джеймс Бейкер из Мичиганского университета разработал дендример – сложный полимер, способный бороться с раком. Дендример сам разыскивает в организме опухоли с помощью фолиевой кислоты – витамина В9. Раковые клетки потребляют гораздо больше этого витамина, чем обычные, и на их мембранах располагается в тысячу раз больше рецепторов, присоединяющих фолиевую кислоту. Кроме того, дендримеры содержали метотрексат – вещество, применяемое для химиотерапии, и доставляли его точно внутрь злокачественных клеток. Такая целевая химиотерапия может оказаться и более эффективной, и менее опасной, чем используемые сейчас методы.

Врубаем ток

В человеческом теле все под напряжением, все гудит, как трансформатор, но особенно хорошо электрифицирована центральная нервная система. Исследователи утверждают, что имплантированные электроды с подведенным к ним напряжением помогают при лечении самых разных недомоганий – от болезни Паркинсона до хронических болей. Сегодня миллионы американцев регулярно принимают обезболивающие и антидепрессанты, имеющие широкий спектр побочных эффектов. Электрическое воздействие представляется более естественным методом лечения нервной системы. Анализ рынка показывает, что к 2010 году продажа имплантатов-электростимуляторов достигнет 360 000 штук в год.

Таламус (зрительный бугор). Электроды, введенные в зону зрительного бугра, помогают успокоить тремор, характерный для болезни Паркинсона. В перспективе подобные имплантаты с электродами, вживленными в глубокие структуры мозга, будут способны облегчать состояние депрессии, навязчивые неврозы и синдром Тоуретта.

Сетчатка глаза. Все большее распространение получают имплантаты глазной сетчатки. Они преобразуют свет в электрические сигналы, которые далее поступают по глазному нерву в мозг. Один из имплантатов, выпускаемых в настоящее время, представляет собой кремниевую пластинку 2х2 мм, на которой размещено 5000 микроскопических фотоэлементов.

Блуждающий нерв. В прошлом году техасская компания Cyberonics добилась одобрения FDA на прибор для стимуляции блуждающего нерва (одной из 12 пар черепно-мозговых нервов). Для лечения депрессивных состояний по нерву в мозг посылаются слабые прерывистые электроимпульсы. Этот метод уже используется при лечении эпилепсии и обещает хорошие результаты при болезни Альцгеймера и ожирении.

Мускулы. Крохотные капсулы «бионы» испускают строго отмеренные электрические импульсы, которые способны реанимировать мускулы, если они парализованы в результате инсульта или травмы спинного мозга. В будущем этот метод будет дополнен обратной связью, ведущей непосредственно в мозг.

Спинной мозг. Хронические боли, вызванные травмой, грыжей межпозвонковых дисков, раком, поражениями нервной системы и другими недомоганиями, иногда поддаются лечению при мягкой электрической стимуляции спинного мозга.

Как жить (почти) вечно

В течение ближайшего полувека продолжительность жизни должна вырасти на 10 лет. Мы полагаем, что это только начало.

2000–2010

Оздоровить сердце. Болезни сердца – самый кровожадный убийца в Америке, но сейчас он отступает перед натиском науки. В ближайшие несколько лет на этом фронте следует ожидать радикальных успехов. После одной из самых распространенных операций на сердце – аортокоронарного шунтирования – в 40% случаев происходит повторная блокировка сосудов. Сейчас разрабатываются медикаменты, способные предотвратить такой ход событий. Имплантируемые микродатчики и дефибрилляторы станут более миниатюрными и сложными, смогут предупреждать о сердечных приступах и даже звонить по 911, они же будут способны снова запустить остановившееся сердце. Параллельно ведутся разработки способов восстановления уже поврежденных сердечных тканей.

В 1960 году почти половина взрослых американцев курили. Максимум сбыта сигарет пришелся на 1980 год – было продано 31,5 млрд. пачек. К 2010-му продажи сократятся до 16,5 млрд. пачек.

Киборг за шесть миллионов долларов (пижама в сумму не входит): две искусственных сетчатки ($ 1 300 000), искусственная поджелудочная железа ($ 850 000), изготовленная на заказ печень ($ 1 280 000), протез руки ($ 1 160 000), коммутатор для связи с компьютером ($ 310 000), синтетические тазобедренный и коленный суставы ($ 520 000), чип дополнительной памяти, имплантированный в гиппокамп ($ 580 000). Итого – $ 6 000 000.

2011–2020

Отрегулировать гормоны. Имплантированные микрочипы, способные почувствовать нарушения в гормональном балансе и выделить необходимую дозу инсулина или каких-либо других гормонов, могут радикально изменить лечение многих заболеваний – в частности, диабета. По современным оценкам, эта болезнь должна развиться у каждого третьего американца, родившегося в 2000 году

Нейромодуляторы: хорошие новости. Имплантированные электроды способны помочь при болезни Паркинсона, эпилепсии, при последствиях инсульта и рассеянном склерозе. При этом нет угрозы побочных эффектов, характерных для медикаментозного лечения.

Роботы для биопсии: хорошие новости. Плывущие в потоке крови микророботы способны проводить биопсию, почти не тревожа организм пациента. Таким образом можно будет диагностировать рак в самые ранние сроки и выбирать самые оптимальные пути лечения.

Стволовые клетки: хорошие новости. Испытание новых препаратов на стволовых клетках, а не на животных даст возможность разрабатывать более эффективные лекарства, поставлять их на рынок в более сжатые сроки, решить вопросы гуманного отношения к животным.

98 000 жизней в год можно спасти, если вовремя выявить медицинские ошибки. Национальная компьютеризированная медицинская база данных сможет предотвратить нежелательные взаимодействия разных препаратов, заметит противоречия в медицинских картах и позволит избежать неправильного назначения в результате такой «мелочи», как плохой почерк в рецепте.

Плохие новости: к 2010 году каждый пятидесятый американец будет страдать от меланомы – опасной формы рака кожи. Как защититься? Поможет одежда, защищающая от ультрафиолета, и специальные моющие препараты для прачечных (эти средства уже широко распространены в Австралии, на чью долю достались самые большие озоновые дыры). Не следует забывать и про обычные кремы от солнца.

2021–2030

Стальная хватка. Титан и керамика, которые сейчас используются в искусственных суставах, будут заменены на новые материалы, не враждующие с живыми тканями. Новые протезы, заменяющие ампутированные конечности, будут передавать тактильные ощущения и принимать двигательные команды от мозга, то есть станут полноценной заменой потерянного органа. Бионические нервы, которые были разработаны для стимуляции мышц и предотвращения их атрофии у парализованных пациентов, могут связать мускулы с вживленными в мозг имплантатами, организуя полноценные, вполне естественные движения конечностей.

Победа над малярией и СПИДом: хорошие новости. На пороге XXI века СПИД убивал каждый год более 3 миллионов людей. На счету малярии – 1,3 миллиона в год, причем 70% из них – дети. После нескольких десятилетий упорной работы ученые наконец разработают вакцины, помогающие от этих страшных болезней.

IBM и французская Ecole Polytechnique расшифровали код нервных импульсов, позволив ученым передавать информацию непосредственно от мозга в компьютер. Не за горами электронная почта, которая будет передавать наши мысли.

Вирусы для генной терапии: хорошие новости. Появилась возможность эффективной генной терапии. Для этого будут использованы обезвреженные вирусы, которым поручат доставлять генетический материал прямо в клетки. К примеру, врачи смогут в рабочем порядке выводить из игры «неисправный» ген, ведущий к болезни Паркинсона.

Ныряльщики без всякого акваланга, только на одном вдохе могут оставаться под водой 90 минут – и это благодаря роботизированным красным кровяным тельцам, способным аккумулировать кислород.

Плохие новости: устойчивые к воздействию лекарств микробы появляются быстрее, чем новые лекарства. С 1982 по 2002 год вероятность подцепить устойчивую к лекарствам стафилококковую инфекцию выросла на 1100%. Как защититься? Ограничить использование антибиотиков без необходимости. И ждать разработки антибактериальных препаратов нового поколения, к которым микробы не сумеют приспосабливаться так же быстро, как к антибиотикам.

2021–2030

Роботы – защитники от рака. К четвертому десятилетию этого века развитие нанотехнологий позволит создать нанороботов, способных плавать по кровеносной и лимфатической системе. Это будут роботы-разведчики и истребители. В списке их целей – опухоли, бактерии и вирусы. Такие роботы смогут ставить диагноз и доставлять лекарства прямо по месту назначения. Информация будет передаваться с помощью радиоволн координатору, занимающемуся нашим здоровьем. В качестве источника энергии эти нанороботы, как и клетки нашего организма, будут использовать молекулы АТФ.

Органы из принтера: хорошие новости. Уже сегодня первопроходцы пытаются создать аппарат, построенный на принципе струйного принтера, который мог бы «печатать» кровеносные сосуды. В 2030 году подобные аппараты смогут производить органы-трансплантаты.

Нанороботы в космосе: хорошие новости. В ходе многомесячного путешествия на Марс контроль за уровнем радиационного заражения у астронавтов будут вести нанороботы, обитающие в кровеносных капиллярах.

В 2004 году в автокатастрофах погибло 42 636 американцев. Новые системы безопасности – адаптивный круиз-контроль И контроль за сонливостью водителя – сделают машину 2035 года почти неуязвимой.

В 2040-м американцы, которым за 65, будут считаться молодежью (65 будет котироваться как 25). В 2006 году люди этого возраста составляют всего 12% населения.

Плохие новости: если сохранятся нынешние тенденции, то в 2040 году 90% американцев будут страдать от ожирения. Что же делать? Если вы воздержитесь хотя бы от 100–200 лишних калорий в день (а это всего лишь жестянка колы), то защитите себя от прибавки лишнего килограмма в год.

2041–2050

Супермозг. К середине века станут реальностью машины, управляемые непосредственно мозгом, и возможность перегрузки личных воспоминаний на внешний носитель информации. Ростки этих достижений существуют уже сейчас в кохлеарных имплантатах, которые используются для борьбы с глухотой, а также в мозговых имплантатах, которые позволяют паралитикам пользоваться компьютером, а инвалидам – управлять своими протезами. Развертывается сценарий, предсказанный футурологом Рэем Курцвайлем в книге «Вперед, к сингулярности». Радиоуправляемые нанороботы циркулируют по капиллярам мозга, вступая в связи с нейронами. Как говорит этот автор, «человеческий разум станет гибридом биологического и небиологического интеллекта».

Cкажем смерти «нет»!

Примерно до 2050 года продолжительность жизни будет расти. Придет время, когда благодаря достижениям техники мы забудем о смерти (примечание – наш журнал воздерживается от каких-либо гарантий).

Глубокая заморозка. Новые криопротекторы позволили наконец реализовать полноценную крионику (к сожалению, для тех, кто заморозился раньше, – слишком поздно). Вещества, защищающие мозг во время заморозки, найдены у некоторых видов лягушек, которые на зиму замерзают, а весной оттаивают и оживают.

Трансплантация самого главного. В 1970-е годы такая операция проводилась на обезьянах. В середине XXI века пересадка головного мозга будет отточена до совершенства. Пациенты будущих врачей, в отличие от обезьян:
1) обойдутся без паралича;
2) не будут кусать врачей за пальцы;
3) не будут умирать через несколько дней.

Резервная память. Стремительный рост компьютерных технологий позволит человеку делать на компьютере резервные копии своих воспоминаний и вообще собственной личности. (Человек умирает, но на компьютере остается полная копия его разума и сознания – в ожидании гостей, если внуки вдруг надумают его навестить.) В 2005 году Рэй Курцвайль прикинул, что данные, хранящиеся в среднем человеческом мозгу, потянут на 114 000 терабайт дискового пространства. К 2050 году такой хард-диск будет стоить около тысячи долларов (по курсу 2006 года).

Лекарство от старости. Мечта биогеронтолога Обри де Грея станет реальностью – врачи разгадают причины старения. Среди этих причин – утрата клеток, а также обратный процесс – стремление некоторых клеток к бессмертию. Как ни странно, в этом и кроется опасность (когда мы говорим о раке). Средства борьбы со старением будут включать в себя стволовые клетки, лекарственные препараты и кое-какие хитрости для того, чтобы обмануть природу (на момент публикации подробности еще неизвестны).