В обозримом будущем лечение может стать похожим на ремонт компьютера: в случае серьезной неисправности деталь заменяют на новую, не хуже старой.
Ближе к телу
Начнем с самого крупного по размерам органа — кожи. Искусственная кожа может понадобиться людям, получившим серьезные ожоги, c кожными заболеваниями, этим продуктом очень интересуется индустрия красоты — пластическая хирургия.
В настоящее время возможна трансплантация кожи с иных частей того же тела, а также с другого человеческого тела или трупа (при этом существует опасность отторжения и не гарантировано наличие нужного количества кожи для пересадки). Первые опыты по созданию искусственной кожи проводились в 80-е годы прошлого века, тогда ее создавали из силикона и коллагена (белок, составляющий основу соединительной ткани в организме млекопитающих). Больницы многих стран с 2008 года закупали, например, искусственную кожу Pelnac. Но она не заменяла пострадавший орган, а служила лишь временной защитой обожженных участков, пока организм пациента не вырастит новую кожу.
К созданию искусственной кожи (из коллагена с использованием клеток самого пациента), способной полностью заменить настоящую, ученые приступили относительно недавно. А летом 2012 года в этой сфере произошла революция: исследователи из университета Торонто сумели продемонстрировать технологию выращивания кусочков искусственной кожи размером в несколько квадратных сантиметров (до того счет шел на микроны, тысячные доли миллиметра). Более того, кусочки получаются заранее заданной формы — для презентации ученые вырастили кожаное слово "Toronto". Изобретение запатентовано, изучаются его коммерческие возможности.
В детской больнице Shriners в Цинциннати (всемирно известный ожоговый центр) создают генетически модифицированную искусственную кожу нового поколения: она будет потеть, дышать, защищать организм от инфекций, покрываться загаром.
Современные ножные протезы далеко ушли от своих примитивных предшественников
Фото: Reuters
Персональная электроника
В Стэнфордском университете группа ученых под руководством профессора Чжэнань Бао делает сверхчувствительную искусственную кожу. В 2010 году группа сообщила в журнале Nature Materials, что созданная ими кожа может ощутить легчайшее прикосновение — реагирует, например, на вес бабочки, 20 мг. Суперкожа состоит из гибких органических транзисторов, в которых очень тонкий слой эластичной резины покрывает матрицу из огромного количества (от нескольких сот тысяч до 25 миллионов на квадратный сантиметр) миниатюрных пирамид. В результате возникает возможность точной локализации прикосновения и определения его силы. С помощью комбинации подобных сенсоров может быть создан прибор с функцией осязания, способный, например, идентифицировать надпись и рисунок на монете. Устройства с подобным сенсором могут найти самое разное применение. Например: робот, проверяющий качество обработки материала; бинт, сообщающий врачу, что он слишком слабо или слишком туго наложен; автомобильный руль, распознающий задремавшего водителя.
В 2011 году эта же команда рапортовала о новом достижении — коже, способной идентифицировать органические и неорганические материалы при прикосновении. Для этого на поверхность транзистора наносится покрытие толщиной 1-2 нанометра из вещества, реагирующего на молекулы определенного типа; реципиент (компьютер или человеческий мозг) получает соответствующий сигнал. Одно из применений этой технологии — медицинская диагностика. Многие болезни имеют свои маркеры — присутствующие в организме специфические протеины. Возможно, в будущем специальный робот будет ставить диагноз пациенту с одного прикосновения.
В Принстонском университете группа под руководством профессора Майкла Макалпайна занимается разработкой устройства, которое, будучи вживлено в человеческое тело, умеет обнаруживать в еде болезнетворные бактерии — хозяину посылается предупредительный сигнал. Сенсор устройства отреагирует даже на одну-единственную кишечную палочку. Также оно способно обнаружить в слюне бактерию H. pylori, вызывающую язву желудка и двенадцатиперстной кишки. По ситуации на 2012 год, устройство размерами сопоставимо с почтовой маркой, продолжаются работы над его миниатюризацией — предполагается установка на зуб. По мнению Макалпайна, возможно, уже через пять-десять лет этим изобретением сможет пользоваться любой желающий.
Эпидермальная электроника — так называется одно из открытий исследовательской группы профессора Джона Роджерса из университета штата Иллинойс, сделанное в 2011 году. Созданное группой устройство похоже на временную татуировку-наклейку: электронная часть покрыта водонепроницаемым пластиком. Наклейка следит за здоровьем человека-носителя. Полученной информацией может пользоваться лечащий врач, в случае каких-то неожиданных проблем со здоровьем сигнал может быть передан на мобильные телефоны пациента и врача. "Пластырь-татуировку" можно будет наклеивать, к примеру, недоношенным детям в родильных домах для постоянного мониторинга состояния здоровья. Или применять при лечении расстройств сна — используемые в настоящее время электроды часто мешают пациенту заснуть. Главная задача на нынешнем этапе — увеличить срок жизни устройства, который сейчас составляет от 6 до 24 часов. Как рассказал профессор Роджерс, первые коммерческие образцы прибора (в простой версии) появятся уже в будущем году, в запуске продукта будет участвовать компания Reebok.
С развитием технологий повреждения тела воспринимаются уже не так серьезно
Фото: Scott MacBride/Getty Images/Fotobank
Органы на выбор
Более сложная задача — создание других органов человеческого тела, как искусственных, так и натуральных.
В 2011 году группа исследователей из Кливленда представила прототип искусственных легких, работающий на обычном воздухе. В обычных аппаратах искусственного дыхания используется чистый кислород, для нормального функционирования требуется запас баллонов, так что ни о какой портативности и мобильности не может быть и речи. Легкие нового поколения, по замыслу создателей, должны имплантироваться, в роли их мотора будет выступать сердце пациента, другие источники питания не потребуются. До разработки действующей модели и ее испытаний дело пока не дошло.
Очень заманчиво выглядит возможность использования стволовых клеток для регенерации органов. Сейчас в нескольких странах параллельно ведутся работы по использованию стволовых клеток для восстановления молочных желез у женщин, перенесших операцию мастэктомии. В 2010 году специалисты мельбурнского Института микрохирургии Бернарда О`Брайена (Bernard O`Brien Institute of Microsurgery) начали проверку такой технологии на людях, ранее она успешно была опробована на свиньях (у них новые молочные железы вырастали за шесть недель, у женщин, как ожидается, процесс может занять до восьми месяцев). В случае успеха испытаний технология может выйти на рынок уже в 2014 году. Кроме онкологов ею, безусловно, заинтересуются специалисты в области пластической хирургии.
В Институте регенеративной медицины Уэйк-Форест (Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, Северная Каролина, США) в 2011 году была испытана на людях технология регенерации мочеиспускательного канала с помощью стволовых клеток (ранее в институте сумели добиться регенерации мочевого пузыря). В том же году в том же заведении в чашке Петри был выращен первый функционирующий анальный сфинктер, благодаря чему может произойти прорыв в лечении ряда заболеваний. Всего же специалисты из Уэйк-Форест работают над созданием более чем 30 органов человеческого тела.
Луч света в темном царстве
Уже сегодня новые технологии помогают бороться со слепотой. Несколько компаний предлагают протезы сетчатки глаза, позволяющие вернуть зрение людям, которые страдают пигментозом сетчатки. Например, Second Sight Medical Products выпускает устройство Argus II (названное в честь Аргуса — 100-глазого всевидящего гиганта из древнегреческих мифов). Операция по его имплантации сейчас стоит $100 тыс.
Argus II состоит из двух частей — внешней и имплантированной. Внешняя похожа на гибрид темных очков и слухового аппарата, подсоединенный проводом к аудиоплееру. Расположенная в "очках" миниатюрная видеокамера захватывает изображение, затем информация поступает в процессор — "плеер" — и возвращается назад в "очки". После этого сигнал по беспроводному каналу транслируется на антенну имплантированного в глаз протеза и, наконец, поступает на электронную матрицу на сетчатке, состоящую из 60 электродов, стимулирующих нервные клетки мозга.
Пациенты, вооруженные Argus II, способны различать черное и белое, формы предметов, иногда видят базовые цвета — красный, синий, зеленый. Не много, но все же лучше, чем полная темнота. Чтобы появилась возможность, например, читать или различать лица людей, нужно дальнейшее развитие технологии — создание матриц, состоящих из тысяч электродов (больше пикселей — лучше картинка). Кроме того, разрабатывается программное обеспечение, которое также смогло бы улучшить картинку. Устройства уже продаются в Европе, на очереди — США. Вице-президент компании Брайан Мех не стал обсуждать возможности выхода фирмы на российский рынок.
Тот же принцип стимуляции сетчатки используется в аналогичных моделях, имплантации которых начиная с 2008 года проводятся в Германии (протез EPIRET 3), с 2012-го — в Австралии (модель компании Bionic Vision).
Искусственные глаза уже в состоянии отличить белое от черного, но пока еще сильно уступают настоящим
Фото: Getty Images/Fotobank
"Аватар" как реклама
Большие успехи достигнуты в последние годы в области бионического протезирования конечностей. Конечная цель — создание искусственных рук и ног, ничем не уступающих настоящим. В 2007-2011 годах в лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) на грант в $34,5 млн, выделенный Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским проектам (DARPA), велись работы по созданию искусственных рук. Уже в 2007 году опытный образец первого поколения имел восемь сочленений и восемь степеней свободы. Протез второго поколения — 25 сочленений и степеней свободы. В 2010 году стартовали испытания на людях искусственной руки, контролируемой мозгом.
В ноябре 2012 года 31-летний Зак Вотер, у которого отсутствует одна нога до колена, продемонстрировал возможности ножного протеза, управляемого мозгом, поднявшись по обычной лестнице на 103-й этаж чикагского небоскреба Уиллис-тауэр (бывший Сирс-тауэр). Протез был создан группой исследователей под управлением Леви Харгроува из центра медицинской бионики Реабилитационного института Чикаго (Rehabilitation Institute of Chicago`s Center for Bionic Medicine).
Возможно, со временем фильм Джеймса Кэмерона "Аватар" будет восприниматься не как фантастика, а как рекламный ролик.
Выход мозга в интернет
Еще один пример возможной миграции технологий из разряда фантастики в реальный обиход — прямое подключение человеческого мозга к компьютеру. Главная сложность с имплантацией чипа в мозг — найти подходящий материал, который не вызовет вредных последствий для здоровья. Фьоренцо Оменетто из Университета Тафтса, США (Tufts University) решил, что такой материал может быть создан на основе шелка. В 2010 году "шелковый" сенсор уже был имплантирован в мозг кошки. Одно из возможных применений технологии — "самоизлечение" пациентов, страдающих эпилепсией (устройство регистрирует сигнал, указывающий на начало приступа, и с помощью электрических разрядов его купирует). Кроме того, объединенный с мозгом чип может быть использован для управления любым другим искусственным органом в организме человека. Или это будет уже не совсем человек?