Апгрейд людини
Протягом століть люди мріють про вічне життя, але – на жаль! Ці мрії так і залишаються мріями. Прожити 1000 чи хоча б 200 років ще не вдалося нікому. Однак у XXI столітті це нарешті зможе стати реальністю завдяки останнім досягненням у біології, медицині, нанотехнологіях та кібернетиці.
На сьогоднішній день дедалі більше вчених вважають, що можна подарувати людям вічне життя, якщо своєчасно перетворити їх на кіборгів, замінивши дані від природи органи та тканини на більш досконалі, механічні. Перші кроки до створення нового різновиду людей – Homo technicus – вже зроблено.
Надійні нирки, залізні нерви
Неймовірно, але факт! 2000 року в Сполучених Штатах Америки проживало 25 мільйонів кіборгів – людей, в організми яких були хірургічним шляхом поміщені електронні кардіостимулятори, штучні суглоби та інші медичні імплантати. При їх виготовленні використовувалися ті ж сплави та керамічні матеріали, що й у будь-якому іншому, не пов'язаному з медициною, високотехнологічному обладнанні. У майбутньому імплантати мають стати зовсім іншими. Теджал Десаї, дослідник із Каліфорнійського університету в Сан-Франциско, вже випробував на щурах штучну підшлункову залозу, яка обіцяє здійснити революцію у лікуванні діабету. Живі клітини підшлункової залози поміщаються в особливу капсулу, що захищає їхню відмінність від імунної системи "господаря", і за необхідності виділяють інсулін. Лікар Десаї сподівається використовувати цю методику і для лікування неврологічних захворювань. На початку 2007 року розпочинаються клінічні випробування синтетичних кісток, здатних замінити звичні титанові болти, що застосовуються в ортопедії. Едуард Ан із компанії Angstrom Medica (Уоберн, штат Массачусетс) розробив матеріал NanOss на основігідроксіапатиту – речовини, з якої в основному складається наш скелет. Апатити вже досить давно застосовуються виготовлення кісткових імплантатів, але новий матеріал набагато міцніше, оскільки він імітує молекулярну структуру натуральної кістки. По суті, NanOss – звичайна кісткова тканина. Це одне з перших досягнень нанотехнологій, яке заслужило схвалення Управління з контролю за харчовими продуктами та ліками США (FDA). Жива людська кістка легко зростається зі вставкою з NanOss, у результаті виникає гібрид – міцний як сталь. В результаті фактично стирається кордон між живою та неживою матерією.
А група біоінженерів із Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі під керівництвом професора Карло Монтеманьо змогла зростити клітини серцевого м'яза з опорною конструкцією із золота. Методика запозичена у виробників комп'ютерних мікросхем. Спочатку на тонкій кремнієвій підкладці витравлюють тонкі опорні "промені". Потім цю поверхню покривають біосумісним полімером, а зверху напилюють золоту плівку. На весь цей конгломерат наносять клітини серцевого м'яза, взяті у щура. Вони починають ділитися та покривають золото тонким живим шаром. Потім полімер розчиняють, підкладка відпадає, і гібрид, що вийшов - мікроскопічний пристрій, створений з органічної і неорганічної матерії, самостійно повзе вперед. "Ця штучка справді жива", - захоплюється Монтеманьо. Отриманий мініатюрний біоробот "заправляється" молекулами аденозинтрифосфату (АТФ), з яких черпають енергію живі клітини. Поворотно-поступальний рух безлічі такихбіороботів, вирощених з м'язових клітин самого пацієнта, колись зможе приводити в рух імплантовані пристрої. Наприклад, таким чином можна буде полегшити подих паралізованих пацієнтів.
З чіпом по життю
Інший популярний напрямок сучасної медицини - комп'ютерні чіпи, що вживлюються в людський організм. Можливості їх воістину безмежні. Такі мікроелектромеханічні системи можуть замінити цілу медичну лабораторію. Наприклад, компанія MicroCHIPS у Бредфорді, штат Массачусетс, зараз розробляє пристрій, який діятиме як біоаналізатор та механізм для дозування ліків. Випробування цієї новинки на людях мають розпочатися за два роки. А Джеймс Бейкер із мічиганського Інституту нанотехнології розробляє новий тип біодатчика – систему, яка має відстежувати рівень опромінення астронавтів у ході тривалих космічних експедицій – наприклад, під час польотів на Марс. Цей проект фінансується із фондів NASA. Перед відправленням із Землі в кров астронавтам введуть наночастинки, які починають світитися при зустрічі з лімфоцитами (одним із видів білих кров'яних тілець), що мають ознаки, характерні для ураження радіацією. Щоб визначити наявність і вираженість променевої хвороби, потрібно лише вставити у вухо чутливий датчик, який порахує наночастинки, що світяться, коли вони проходять через прилеглі капіляри. На Землі подібну систему можна використовувати для діагностики ВІЛ та інших хвороб, що змінюють склад лімфоцитів.
Вживлені в організм мікрочіпи можуть реєструвати електричні імпульси або звукові хвилі, як це робить виріб ізраїльської.компанії Remon Medical Technologies. В даний час вона проводить клінічні випробування двох своїх апаратів, які контролюють стан серця крихітними датчиками, що вимірюють тиск крові за допомогою мілісекундних звукових імпульсів. Цікаво, що ця ідея була запозичена із загальних принципів ультразвукової навігації підводних човнів. Завідувач відділу перспективних досліджень компанії Remon Аві Пеннер передбачає, що найближчим десятиліттям "наші тіла стануть вмістилищем для цілої комп'ютерної мережі, де центральний процесор командуватиме безліччю різних імплантатів. До кінця дня звіт про роботу нашого організму передаватиметься до якогось диспетчерського центру, який повідомить нас, чи все гаразд і чи не час зайти до лікаря".
Стаціонарні MEMS - далеко не єдині зразки передових технологій, створені для функціонування людського організму. Найближчим часом у серцево-судинній, сечостатевій системі та травному тракті можуть оселитися крихітні апарати, про які давно мріють письменники-фантасти. Вони чиститимуть кровоносні судини, доставлятимуть строго за місцем призначення необхідні ліки та видалятимуть пухлини. Автор концепції кіборгів Карло Монтеманьо спроектував і таку крихітну машинку, яка колись зможе функціонувати прямо всередині живої клітини. Вона складається з пропелера довжиною 750 нанометрів і пов'язаного з ним двигуна завтовшки 11 нанометрів. Пристрій вийшов у багато разів менше еритроциту, а енергію для свого руху воно черпає з АТФ. Придумано кілька різних способів керування такими роботами та їх енергозабезпечення. Можна навіть створити цілу мережу бездротового зв'язку усередині тіла пацієнта. Комусь подібні проекти видадуться нереалістичними, проте Федеральна комісія зі зв'язкуСША поставилася до них дуже серйозно і в законодавчому порядку виділила ділянку 402-405 мГц із загального діапазону частот зв'язку спеціально під радіокомунікації імплантованих медичних приладів.
Слухаючи наше дихання
Інженери людських тіл обіцяють здійснити й іншу давню мрію людства – навчити дихати під водою. Тюлені і кити можуть спокійно залишатися в глибині океану більше години, людина ж - всього кілька хвилин. Звідки така несправедливість? Причина проста. У морських ссавців абсолютно унікальна кров, здатна утримувати у собі величезну кількість кисню. А якщо трохи покращити людську кров? - Задумався Роберт Фрайтас, стипендіат-дослідник з Інституту молекулярних технологій (США). Результатом став деталізований проект створення штучного еритроцита, який він назвав "респіроцит". Як пояснює Фрайтас, кожен респіроцит – кулька діаметром одну тисячну частку міліметра – є крихітним балоном для зберігання газу під високим тиском. Потрібно ввести ці кульки в кров, і вони самі побіжать кровоносними судинами. Потрапляючи на периферію кровоносної системи, вони видаватимуть кисень і адсорбуватимуть вуглекислоту, а опинившись у легенях, знову зарядяться киснем. Фрайтас стверджує, що його респіроцити повинні транспортувати кисень у 236 разів більш ефективно, ніж це роблять червоні кров'яні тільця, і один шприц із таким препаратом зможе зберігати стільки ж кисню, скільки міститься у всій нашій кровоносній системі. Якщо навчитися вводити ці надефективні сховища кисню до системи кровообігу, фірми-виробникиаквалангів можуть прогоріти.
Здавалося б, цілком марна ідея, однак у Фрайтаса вже з'явилися конкуренти. Група американських біоінженерів з університетів Пенсільванії та Міннесоти за договором з NASA розробила штучні клітини з подвійними стінками (полімерсоми). Мандруючи зі струмом крові по організму, вони будуть доставляти до місця призначення корисний вантаж - ліки, що пригнічують ріст ракових пухлин, контрастні або флюоресцентні речовини для візуалізації процесів, що відбуваються в організмі, і, зрозуміло, додатковий кисень. Полімерсоми довговічні і не відторгаються організмом, які властивостями можна керувати, змінюючи склад мембран. Їх можна висушувати, а потім знову насичувати вологою. Загалом вони є чудовою основою для створення штучної крові. Полімерсоми зможуть замінити і водолазне спорядження, хоча на відміну від нанороботів Фрайтаса, призначених для постійного перекачування кисню, вони забезпечать лише одноразову заправку.
Скажу як телепат телепату
Біоінженери обіцяють вирішити і таку, здавалося б, нерозв'язну проблему, як передача думок від однієї людини до іншої без будь-яких додаткових пристроїв. Вже зараз понад 100 000 ще недавно глухих пацієнтів повернулися до нормального життя завдяки імплантатам кохлеарних. Ці апарати перетворюють звук на електричні імпульси, які через слуховий нерв надходять безпосередньо в мозок. Більше того, у перспективі такі технології відчиняють двері до кумедних фокусів, що дуже нагадують телепатію.
Сьогодні кохлеарні імплантати подають на слуховий нерв електроімпульси, що відповідають звукам із безпосереднього оточення пацієнта, але ж подібні імпульси можуть приходити здалеку. Більше того, чому ці сигнали повинні відповідатиреальним звукам, а не чогось ще? Адже це може бути і електронний лист, пропущений через апарат, що перетворює текст на живу мову. І нарешті, чи так важливо, щоб цей уявний лист був набраний вручну, за допомогою клавіатури? А може, з цим завданням впорається мозковий імплантат, з'єднаний з комп'ютером, – і навіть не за допомогою вживленого в череп роз'єму, а радіоканалом? Це буде справжня революція для тих, хто зараз відрізаний від світу через серйозні форми інвалідності. Сьогодні ми просто фантазуємо, але колись у недалекому майбутньому дистанційно керовані імплантати зможуть передати від одного розуму до іншого щось на кшталт електронного листа: "Привіт, люба! А я якраз про тебе подумав". Поки що це звучить дикувато, але пригадаємо, з якою недовірою спочатку люди ставилися до телеграфу.