Медицина будущего
Уже сегодня существует ряд развивающихся технологий, которые в будущем могут использоваться для реанимации криопациентов:
Нанотехнологии и молекулярные роботы
Нанотехнологии — это область науки и техники, связанная с разработкой устройств размером порядка нанометра (одной миллиардной доли метра), т.е. устройств, насчитывающих от нескольких десятков до нескольких тысяч атомов. Основное назначение таких устройств - работать с отдельными атомами и молекулами (межатомные расстояния в биологических молекулах измеряются десятыми долями нанометра).
Импульс развитию нанотехнологии дало создание сканирующего туннельного микроскопа - устройства, позволяющего исследовать вещество на атомном уровне ("видеть" атомы) и перемещать отдельные атомы. За это изобретение в 1986 году была присуждена Нобелевская премия. С тех пор нанотехнология является бурно развивающейся областью науки.
Одним из устройств, разрабатываемых сегодня в сфере нанотехнологий, являются молекулярные нанороботы, т.е. роботы размером с одну или несколько молекул. При этом размер одной клетки нейрона превышает размеры нанороботов в триллионы раз. Они будут снабжены миниатюрным вычислительным устройством и манипуляторами, позволяющими работать с молекулами, например, перемещать их и модифицировать их структуру, т.е. заниматься молекулярной хирургией. Аналогом простейшего молекулярного робота является рибосома (клеточная органелла), которая по "программе" (ею является молекула рибонуклеиновой кислоты) строит из аминокислот молекулу белка.
Синтез молекулярных машин
В 2016 году Нобелевской премии за разработку и синтез молекулярных машин были удостоены Жан-Пьер Саваж (Jean-Pierre Sauvage), сэр Джеймс Фрезер Стоддарт (Fraser Stoddart) и Бернард Лукас Феринга (Bernard L. Feringa).
Эти группы ученых работали по отдельности и открыли довольно разные вещи, но их открытия объединены понятием «супрамолекулы». Это такая структура, которая не только сохраняет в себе свойства исходных молекул, из которых она «составлена», но и приобретает новые. Молекулярные машины являются простейшими молекулярными нанороботами, способными выполнять элементарные функции, а так же представляют собой компоненты для создания более сложных нанороботов.
Нано-автомобиль, созданный командой Бернарда Феринги
Синтезированная супрамолекула класса ротаксанов
Группа Жан-Пьера Соважа открыла катенаны: надмолекулярную структуру в виде двух сочлененных колец, напоминающих звенья цепи. Эти кольца синтезированы таким образом, что они могут вращаться друг относительно друга.
Сэр Фрэзер Стоддарт и его соавторы синтезировали ротаксаны: эти частицы имеют форму гантели — то есть речь про молекулу с узкой центральной частью и с широкими частями по бокам, на которую надета другая молекула в форме кольца.
Группе Бернарда Феринги принадлежит открытие первого молекулярного ротора — эту структуру тоже можно заставить вращаться, причем только в одну сторону. То есть ученым удалось синтезировать аналог встречающихся в природе химических сущностей, и при этом не просто молекулярных, а супра- или наномолекулярных.
«Вы не представляете, какое это счастье! Над этим мы работаем более 30 лет! В наших лабораториях происходят удивительные вещи. Мы создали все простейшие компоненты для наномашин – двигатели, помпы, своеобразные лифты», - рассказал Жан-Пьер Саваж.
На сайте Нобелевского комитета молекулярные машины по степени важности сравнивают с электрическими.
Как может выглядеть процесс будущей реанимации
криопациентов
После повышения температуры до -130С, когда криопротектор становиться вязким, в тело или мозг криопациента внедряются миллиарды молекулярных нанороботов.
Нанороботы анализируют повреждения, возникшие в клетках организма . В ходе изучения состояния тела человека, роботы могут обмениваться информацией между собой, а также c компьютером вне тела.
На основе анализа, роботы производят исправление повреждений: разбирают сшивки внутри и между молекулами, восстанавливают клеточные мембраны и органеллы и т.д.
По окончании работы молекулярные роботы покидают оживленное тело (например, так же, как это делают вирусы гриппа и некоторые другие вирусы - через выделительную систему или дыхательные пути).
АНАЛИЗ ПОВРЕЖДЕНИЙ
ВНЕДРЕНИЕ РОБОТОВ
РЕМОНТ КЛЕТОК
ВЫВОД ИЗ ОРГАНИЗМА
По современным оценкам, технология для реализации подобной процедуры будет готова через 50 лет. При этом, в случае, если был сохранен только мозг пациента, предварительно, еще до репарации мозга, надо будет воссоздать (например, вырастив органы и ткани) тело пациента с использованием его ДНК.
Выращивание тканей, органов и тел
Выращивание органов — биоинженерная технология, целью которой является создание различных полноценных жизнеспособных биологических органов для человека. В настоящее время идут активные разработки и эксперименты в этой области.
ХРЯЩИ
СЕРДЦЕ
ЛЕГКИЕ
ПЕЧЕНЬ
В 2012 медики Университета Джона Хопкинса впервые успешно пересадили пациенту исскуственное ухо, выращенное из его хрящевой ткани.
В 2009 американские ученые из Йельского университета вырастили в лаборатории легкие на донорском внеклеточном матриксе.
В 2008 в США ученые вырастили и пересадили новое сердце человека на каркасе от старого. На донорское сердце нарастили новые мышцы из стволовых клеток.
В 2010 специалисты из Массачусетской больницы общего профиля успешно пересадили нескольким крысам печень, выращенную в лаборатории.
Ученые уже научились работать практически со всеми органами и тканями не только животных, но и людей. Основной решаемой задачей является разработка технологии выращивания органов во внешнем матриксе и без использования собственных стволовых клеток пациента, в частности преодоление иммунного отторжения органов при трансплантации, что уже сегодня видится возможным за счет молекул, подавляющих активность Т клеток, а именно CTLA4-Ig (Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4-immunoglobulin) и PD-L1 (Programmed death ligand 1).
ЗУБЫ
ТРАХЕЯ
КОЖА
МОЧЕВОЙ ПУЗЫРЬ
В 2011 в Токийском университете учёные вырастили из стволовых клеток мышей полноценные зубы, имеющие зубные кости и соединительные волокна
В 2010 испанские хирурги провели первую в мире трансплантацию трахеи, выращенной из стволовых клеток пациентки.
Восстановление участков кожи уже давно является частью клинической практики. В некоторых случая используются методы регенерации кожи пациента.
С 2011 врачи из американского университета Вэйк Форест занимаются трансплантацией мочевых пузырей выращенных из собственных клеток пациентов.
Прогнозируется, что в уже в ближайшие десятилетия будет возможно выращивание и трансплантация любых органов человека и даже всего тела, для последующей пересадки головы (либо мозга).
Печать тканей органов и тел
3D-биопринтинг — технология создания объёмных моделей на клеточной основе с использованием 3D-печати, при которой сохраняются функции и жизнеспособность клеток. На сегодняшний день c помощью 3D-биопринтинга специалистам удалось напечатать щитовидную железу, ушные раковины, сердечные клапаны, сосудистые трубки и многие другие органы и ткани. Кроме всего прочего 3D-принтер позволяет создать костные ткани, и даже кожу, подходящую для дальнейшей пересадки.
Печать органов проводится при помощи специального фоточувствительного гидрогеля, особенного порошкового наполнителя либо жидкости. Рабочий материал подают из дозатора покапельно или постоянной струей. Так создаются мягкие либо хрящевые ткани. Для получения костного импланта проводят послойное наплавление полимеров, имеющих натуральное происхождение. Дальнейшее развитие данной технологии должно позволить печатать не только любые органы и ткани человека, но и новые тела.
Импланты и искусственные тела
Имплантанты — класс изделий медицинского назначения, используемых для вживления в организм в роли искусственных заменителей отсутствующих органов человека, либо для расширения функциональных возможностей организма. Прогресс идет в сторону усложнения функций имплантов, так помимо привычных имплантатов таких как кардиостимуляторы, импланты конечностей и др. широкое применение стали получать кохлеарные и зрительные импланты, мозговые импланты нейростимуляции ответных реакций, в Калифорнийском университете разработана первая, имплантируемая бионическая почка.
Сегодня появляются все новые и новые аппараты и приборы, на разработку которых уходит уже не десятки лет, а месяцы. Если раньше создание киборгов, было только сказкой, то современные изобретения позволяют в этом усомниться. Заглядывая в недалекое будущее можно говорить о возможности полной замены органов и всего тела человека искусственными механическими аналогами с увеличенными ресурсами работы и расширенными функциональными возможностями.
Сканирование и компьютерное моделирование сохраненного мозга
Сегодня ведущие крупнейшие мировые IT компании занимаются исследованиями в сфере компьютерного моделирования мозга человека. Так например компания IBM ведет проект Blue Brain Project, задача исследований смоделировать работу участка неокортекса мозга крысы в режиме реального времени. Одним из самых известных сегодня проектов по моделированию человеческого мозга является Human Brain Project, который ведет команда из швейцарской Федеральной политехнической школы. Участники проекта уже получили полную 3D карту мозга на основании сканирования срезов, она включает примерно 100 миллиардов нейронов, соединенных 100000 миллиардами синапсов. Дальнейшие этапы проекта будут направлены на симуляцию, моделирование отдельных частей и даже целого мозга.
С развитием технологий сканирования нейронных связей мозга и технологий компьютерной виртуализации мозга, в будущем, потенциально возможен вариант полного переноса сознания крионированного сегодня человека в компьютер.
Технологическая сингулярность
Наблюдения показывают постоянное ускорение технологического прогресса. Всего 200 лет назад человечество не знало устройство атома, а сегодня мы повсеместно используем ядерный распад для получения электроэнергии. Какие технологии будут у нас через 10 лет? А через 100 лет? 1000?
Экстраполируя скорость развития уже существующих медицинских технологий, футурологи прогнозируют, что уже через 3-4 поколения человечество ожидает полная победа над старением и смертью, что будет возможно за счет технической сингулярности. Крионика уже сегодня дает потенциальную возможность оказаться в этом высокотехнологичном будущем человечества. Высока вероятность, что для реанимации сегодняшних криопациентов будут использованы принципиально новые, более совершенные технологии, еще неизвестные нам сегодня.
Связанные разделы