Homo technicus: Ваш upgrade уже готов

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.