Метка: Биология и медицина

В 2013 году французский профессор Ален Карпантье разработал первое саморегулирующееся искусственное сердце с использованием биоматериалов и электронных датчиков. Устройство весило 900 г, было примерно такого же размера, как настоящее сердце, и могло точно имитировать его функции. В ходе 10-часовой операции он был успешно имплантирован 75-летнему пациенту в Европейской больнице Жоржа Помпиду в Париже.

Постоянные искусственные сердца существуют с 1982 года, а аналогичные изобретения, предшествовавшие им, восходят к 1940-м годам. Однако, в отличие от предыдущих версий, изобретение Карпантье было первым, которое было полностью искусственным и саморегулирующимся. Электронные датчики и микропроцессоры могли контролировать кровяное давление и кровоток в режиме реального времени, мгновенно регулируя частоту пульса, в то время как “псевдокожа”, изготовленная из биосинтетических микропористых материалов, могла предотвращать образование тромбов, что в прошлом было серьезной проблемой. К 2015 году, после периода клинических испытаний, оно доступно в Европейском союзе по цене от 140 000 до 180 000 евро.

More…

В Мексике успешно провели уникальную операцию по искусственному оплодотворению, в результате которой появился ребенок от «трех родителей».

Для зачатия эмбриологи изъяли ядро из яйцеклетки матери, которая страдает редким наследственным заболеванием – синдромом Лея. Это ядро пересадили в яйцеклетку другой женщины, а затем оплодотворили ее и перенесли эмбрион обратно в организм матери. Ребенок родился 6 апреля 2016 года. Как сообщают врачи, он не унаследовал генетические заболевания своих родителей.

Специалисты применили технику «веретенообразного ядерного переноса» (spindle nuclear transfer), благодаря которой удалось получить пять эмбрионов, из которых нормально развился только один. В результате родившийся ребенок получил ядерную ДНК матери и митохондриальную ДНК женщины-донора. Мальчик получил имя Абрагим Хассан. Команда эмбриологов из New Hope Fertility Center (Нью-Йорк) проводила процедуру в Мексике, так как методы получения эмбриона от трех родителей запрещены в США.

Альтернативная технология, которая делает возможным зачатие от трех родителей, называется пронуклеарный перенос (pronuclear transfer). Она предполагает оплодотворение яйцеклеток матери и женщины-донора спермой отца, затем извлечение ядер из обоих яйцеклеток до появления эмбриона и перенос материнского ядра в донорскую яйцеклетку. Первой страной, разрешившей эту технику ЭКО, в 2015 году стала Великобритания.

Это может предотвратить редкие, потенциально смертельные заболевания, возникающие из-за острой нехватки энергии, мышечной слабости, а в некоторых случаях сердечной недостаточности. Хотя у ребенка генетический материал состоит из трех человек, законодательством определено, что юридически ребёнок имеет двух родителей, а донор остаётся анонимным. Данный тип оплодотворения «в пробирке» поднимает ряд этических вопросов, однако данный способ полностью безопасен.

В последующие десятилетия появятся более продвинутые технологии, которые приведут к появлению “дизайнерских младенцев” для богатых.

More…

После нескольких лет тестирования и разработки, доступно миниатюрное устройство, позволяющее контролировать содержание целого ряда веществ в крови и выдавать мгновенный результат посредством мобильного телефона. Устройство вводится иглой и помещаются непосредственно под кожей, оно может оставаться в организме в течение нескольких месяцев до замены или удаления.

Эта миниатюрная лаборатория размером 14 мм, состоящая из пяти датчиков, катушки для беспроводного питания, а также миниатюрной электроники для радиосвязи. Вся система потребляет лишь одну десятую долю ватта. Поверхность каждого датчика покрыта определенным ферментом, использующимся для обнаружения химических веществ, таких как АТФ, глюкоза или молочная кислота. Данные передаются по Bluetooth на мобильный телефон, который в случае необходимости пересылает их врачу.

Такой прямой и непрерывный мониторинг в реальном времени особенно полезен при хронических заболеваниях, таких как диабет и высокий уровень холестерина, а также для отслеживания влияния медикаментозного лечения, в частности, химиотерапии. Он даже может быть использован, для того чтобы предупредить о надвигающемся сердечном приступе. Например, молекула, называемая тропонином, начинает выделяться из сердечной мышцы за 3 – 4 часа до начала сердечного приступа, как только сердечная мышца начинает испытывать проблемы. Это может быть обнаружено с помощью имплантата до наступления фатального события, и тем самым предоставить пользователю необходимое время, чтобы обратиться за лечением.

Хотя пока ещё находящиеся в зачаточном состоянии, эти устройства представляют собой новое поколение персонализированной медицины, которые революционизируют здравоохранение в предстоящие десятилетия. К 2040 году такие имплантаты с дальнейшими усовершенствованиями в области миниатюризации и сложности станут обычными даже у здоровых людей.

More…

«Проект 100 000 геномов» (“100 000 Genomes Project”), стоимостью 300 миллионов фунтов стерлингов (467 миллионов $) выполняется Государственной службой здравоохранения Великобритании (NHS) для пациентов из Англии в период между 2015 и 2018 гг. Благодаря использованию большого объёма выборки, его цель – выявление общих генетических черт, лежащих в основе ряда форм рака и редких наследственных заболеваний. Это исследование проложит путь для новых диагностических средств, лекарств и других методов лечения раковых заболеваний и редких генетических болезней.

Когда первый проект по изучению генома человека был начат в 1990 году, он стоил 3 млрд. $ и был рассчитан на 13 лет. Однако, время и стоимость расшифровки целого генома человека стали уменьшаться в геометрической прогрессии, даже быстрее, чем закон Мура, применимый к скорости разработки всё более совершенных компьютерных чипов. К началу 2010-х стало возможным изучение последовательности ДНК человека менее чем за 10 000$ и за несколько дней, а к 2014 году, появилось оборудование способное получать геномы за 1000$. Началась новая эра персонализированной геномики.

«Проект 100 000 геномов» использует преимущества этих революционных достижений, чтобы создать масштабную базу данных, объединяющий генетическую информации с персональными медицинскими записями. Это помогает исследователям лучше понять болезнь и ее сложные взаимоотношения с генами. Врачи могут предсказать, насколько хорошо человек будет реагировать на конкретное лечение, или найти то, которое работает лучше для их конкретного случая. Организации здравоохранения могут более точно отслеживать распространение инфекционных заболеваний, точно определяя источник и характер вспышки. Все данные в «Проекте 100 000 геномов» являются анонимными.
Англия – первая страна, взявшаяся за решение этой задачи, однако ещё более крупные проекты начались в последующие годы, так как секвенирование генома продолжает улучшаться как по стоимости, так и по скорости. К 2020 году секвенированы десятки миллионов человеческих геномов. К 2040 году эти системы будут распространены в странах по всему миру. Персонализированная медицина имеет огромное значение для человечества подобно открытию пенициллина и вакцины против оспы.

More…

COVID-19, вызванный вирусом SARS-CoV-2, впервые привлек внимание всего мира в декабре 2019 года, когда в Ухане, Китай, произошла вспышка. Вскоре она распространилась на страны по всему миру, и ВОЗ объявила о пандемии в марте 2020 года. Очень заразное заболевание, передающееся воздушно-капельным путем, со смертностью, намного превышающей обычный грипп, оно стало самым серьезным кризисом в области здравоохранения, с которым столкнулся мир со времен “испанского” гриппа 1918 года, вызвав серьезные социальные потрясения, массовые отмены и отсрочки мероприятий, всемирные локдауны и крупнейшую экономическую рецессию со времен Великой депрессии.

Предыдущая работа по разработке вакцин против связанных с ними заболеваний, SARS (2002) и MERS (2012), привела к знаниям о структуре и функциях коронавирусов, что ускорило разработку в начале 2020 года различных технологических платформ для вакцины COVID-19.

Президент России Владимир Путин объявил, что он одобрил первую в мире вакцину против COVID-19, получившую название Sputnik-V, в августе 2020 года. Однако эксперты выразили озабоченность по поводу скорости работы в России, предположив, что исследователи могли срезать углы. ВОЗ призвала Россию следовать международным рекомендациям и не включила предполагаемую вакцину в свой список кандидатов для клинических испытаний III фазы, которые предполагают более широкое тестирование на людях.

По меньшей мере 321 вакцины-кандидата официально начали разработку к октябрю 2020 года, это в 2,5 раза больше, чем в апреле. Из них 33 находились в испытаниях I–II фазы и девять – в испытаниях II–III фазы. Северная Америка возглавляла эти усилия, являясь родиной около 40% мировых исследовательских проектов по вакцинам против COVID-19, по сравнению с 30% в Азии и Австралии, 26% в Европе и несколькими проектами в Южной Америке и Африке. На фоне растущей обеспокоенности по поводу “вакцинного национализма” коалиция из 165 стран согласовала историческую сделку, известную как Covax, чтобы обеспечить быстрое и справедливое распределение любых новых вакцин против коронавируса. Это гарантировало, что каждая страна-участница получит гарантированную долю доз для вакцинации наиболее уязвимых 20% своего населения к концу 2021 года.

Соединенные Штаты отвергли соглашение Covax, решив вместо этого сосредоточиться на своем собственном государственно–частном партнерстве, известном как “Operation Warp Speed”, при этом Конгресс выделил почти 10 миллиардов долларов на разработку, производство и распространение сотен миллионов доз вакцин к концу 2020 года. Как и в случае с российским Спутником-V, многие медицинские работники считали сроки проведения операции “Warp Speed” нереалистичными. Тем не менее, в конце 2020 и начале 2021 года произошел ряд многообещающих прорывов в исследованиях и разработках, и несколько кандидатов завершили тестирование на поздней стадии.

Тем временем Китай, изначально отсутствовавший в Covax, присоединился к этой глобальной инициативе в октябре 2020 года. Это сделало ее единственной крупнейшей экономикой для участия в альянсе и помогло улучшить имидж страны, учитывая, что она была эпицентром первоначальной вспышки в 2019 году и подверглась резкой критике за задержки в её раннем реагировании на вирус. К концу 2020 года Китай заявил, что у него есть несколько вакцин на продвинутых стадиях исследований и разработок.

В Индии Serum Institute /Институт Сыворотки/ – крупнейший в мире производитель вакцин по объему – сотрудничал с организациями, включая Фонд Билла и Мелинды Гейтс, и пообещал предоставить 200 миллионов доз для стран с низким и средним уровнем дохода по цене 3 доллара за дозу.

Европа была одним из регионов, наиболее пострадавших от пандемии с точки зрения смертности на миллион человек, и правительства предприняли серьезные шаги по подготовке к внедрению вакцин. Великобритания, например, подписала соглашения с фармацевтическими компаниями о предоставлении 340 миллионов потенциальных доз.

Во всем мире первоначальное внедрение вакцин против COVID-19, как правило, было ограничено медицинскими работниками и наиболее уязвимыми слоями общества (пожилыми людьми, с ослабленным иммунитетом и т. д.), С акцентом на города или регионы, в которых наблюдается наихудший уровень инфицирования. Потенциальным “суперраспространителям”, таким как работники общественного транспорта и работники розничной торговли/супермаркетов, также придаётся первостепенное значение по мере продолжения распространения.

Прогресс в производстве и распространении вакцин привел к существенному увеличению доступности со второй половины 2021 года и далее. Это продолжалось наряду с общим улучшением возможностей отслеживания и сдерживания вспышек. Однако производство достаточного количества доз, чтобы охватить всю человеческую расу, заняло годы, а не месяцы, что является узким местом с точки зрения производства, и многие вакцины-кандидаты оставались на стадии испытаний. Миллиарды людей получили вакцинацию в 2022 и 2023 годах, но для безопасного и эффективного осуществления этого процесса требовалось больше времени. К 2024 году вакцины против COVID-19, наконец, были расширены настолько, что подавляющее большинство (90%) из 8 миллиардов человек в мире имели доступ к лечению.

Однако кризис ещё не закончился. Ежедневно продолжают поступать сообщения о значительном количестве инфекций, в то время как многие выздоровевшие пациенты остаются с различными сохраняющимися проблемами со здоровьем. Большое количество людей неохотно делают прививки – либо из-за элементарного скептицизма по поводу необходимости вакцинации, либо из-за веры в теории заговора. Хотя сейчас ситуация в целом под контролем, COVID-19 остается присутствовать в мире на десятилетия вперед.

More…

После многих десятилетий исследований ряд химер человека и растения переходят из лаборатории в клиническое и коммерческое использование. Среди доступных в настоящее время методов лечения – метод объединения фотосинтетических возможностей хлоропластов с кожей человека. Это позволяет человеку получать энергию от воздействия солнечного света.

В 1990 году ученые впервые ввели термин “клептопластика” для описания симбиотического явления, при котором пластиды, в частности хлоропласты из водорослей, изолируются организмами-хозяевами. Это наблюдалось у Elysia chlorotica, вида зеленого морского слизняка, который поглощает хлоропласты из съеденных им водорослей, что фактически делает его животным, работающим на солнечной энергии.

В первые десятилетия 21 века исследователи создали клетки, которые объединили как животный, так и человеческий материал, производя химеры (названные в честь существа из греческой мифологии, обладавшего головой льва, телом козла и хвостом змеи). Например, в одном примечательном эксперименте удалось поместить человеческие стволовые клетки в эмбрион свиньи, хотя и с очень низкой эффективностью. Другое исследование, проведенное несколько лет спустя, поместило стволовые клетки человека в эмбрионы обезьяны, наблюдаемые в течение 20-дневного периода.

Эти и другие исследования проложили путь к выращиванию животных с человеческими органами, решая проблему нехватки пересаживаемых сердец, почек, печени, легких и других частей тела, а также помогая исследователям лучше понять раннее развитие человека и прогрессирование заболеваний.

Наряду с этими химерами человека и животных произошел прогресс в создании первых химер человека и растения. Ранее исследователи продемонстрировали синтез целых геномов с нуля, например, перекодирование 18 214 кодонов в E. coli для получения нового варианта бактерий. Это привело к синтезу более крупных и сложных геномов. Далее последовали более сложные разработки, поскольку весь потенциал этой области начал проявляться. Не ограничиваясь только геномами, исследователи начали исследовать создание целых органелл – специализированных субъединиц, подобных “мини-органам” внутри клетки. Первые синтетические хлоропласты появились в результате работы лабораторных групп, направленных на повышение эффективности природных хлоропласт, с долгосрочной целью повторить процесс, наблюдаемый в зеленом морском слизняке Elysia chlorotica.

После создания этих синтетических органелл продолжилась работа по их слиянию с клетками кожи человека. Интеграция этой гибридной “второй кожи” в подкожные слои и систему кровообращения организма стала еще более сложной задачей, хотя появившиеся в настоящее время мощные ИИ помогли ускорить процесс исследований.

К концу 21-го века и началу 22-го метод становится жизнеспособным для клинического и коммерческого применения. Биотехнологические усовершенствования в целом набирают популярность в этот период, поскольку трансгуманизм продолжает переходить от меньшинства к более широким слоям населения. Для тех, кто не может или не хочет проходить полную процедуру, доступны менее инвазивные варианты, такие как фотосинтетические волосы, обеспечивающие небольшой заряд энергии в течение дня. Эти волоски можно сохранить того же зеленого цвета, что и хлорофилл, или подкрасить в другой цвет.

Для более предприимчивых типов инфузия всего тела может обеспечить весь внешний слой фотосинтетической кожи. Другими словами, эквивалент солнечной панели площадью почти два квадратных метра. Однако, чтобы получить все преимущества, вторая кожа должна быть спроектирована так, чтобы быть по крайней мере в 300 раз более эффективной, чем натуральные хлоропласты. В идеальный день с обильным солнечным светом это может генерировать достаточно энергии за один час, чтобы удовлетворить потребности их организма в течение 24 часов, в зависимости от того, насколько они полностью одеты. Сродни длительному приливу кофеина, ощущение заряженности солнечной энергией особенно полезно для тех, кто может страдать хронической усталостью или подобными проблемами со здоровьем.

Как и в случае с волосами, эту вторую кожу можно сохранить зеленой или изменить на более естественный человеческий цвет. Большинство людей сохраняют свой первоначальный тон кожи, но зеленый цвет является более популярным выбором среди определенных субкультур и эксцентричных личностей.

More…

К концу этого столетия микроэволюция человеческого предплечья привела к тому, что все новорожденные теперь имеют постоянную срединную артерию. Эта биологическая аномалия когда-то считалась эмбриональной структурой, обычно регрессирующей к 8-й неделе беременности. В утробе матери она функционирует как основной сосуд, снабжающий кровью предплечье и кисть, но исчезала, как только лучевая и локтевая артерии развиваются параллельно по обе стороны от неё.

Тем не менее, начиная с 18-го века, все большая распространенность среди взрослых стала проявляться. Все больше и больше людей сохраняли все три артерии на протяжении всей своей жизни. К концу 19-го века более 10% новорожденных имели эту особенность, и к 2000 году этот показатель вырос до 30%.

Исследование умерших в 2020 году показало, что это явление продолжается и в настоящее время наблюдается у 35% населения. Ученые объяснили эту микроэволюцию мутациями генов, участвующих в развитии средней артерии, или проблемами со здоровьем у матерей во время беременности, или и тем, и другим.

Кроме того, исследования показали, что люди эволюционируют в целом быстрее, чем когда-либо за последние 250 лет. Другие изменения в анатомии, наблюдавшиеся в течение относительно короткого времени, включали растущее отсутствие зубов мудрости (вызванное современными диетами и сужением лиц), аномальные соединения двух или более костей в ногах и растущую распространенность скрытого расщепления позвоночника (небольшой разрыв в одном или нескольких позвонках).

К 2099 году постоянная срединная артерия больше не считается разновидностью, а является “нормальной” структурой человека. Дополнительный кровеносный сосуд не представляет никакого риска для здоровья и, на самом деле, даёт небольшую выгоду за счет увеличения общего кровоснабжения. Он также может быть использован в качестве замены при хирургических процедурах для других частей тела.

More…

В начале 22-го века многие функции, ранее выполнявшиеся в клинических условиях, могут быть автоматизированы и предоставлены пациентам на дому. Сканеры всего тела, обеспечивающие широкий спектр диагностики и лечения, в настоящее время являются обычным бытовым прибором, облегчающим нагрузку на больницы.

Эти устройства бывают различных форм-факторов, но обычно состоят из цилиндрической капсулы размером около двух метров. Пациент либо стоит (в случае вертикальных моделей), либо ложится (в горизонтальной конфигурации) для процедуры, которая занимает считанные секунды. Камеры с субнанометровой точностью получают изображения со скоростью триллионов кадров в секунду, сканируя тело с головы до ног, отслеживая и корректируя даже малейшее движение.

Каждая область тела подвергается 3D-анализу в режиме реального времени и “проверяется” на наличие любых изменений или аномалий высокого риска с момента предыдущего сканирования, чтобы определить области требующие дальнейшего внимания. Затем пользователю предоставляется сводка, ранжированная в порядке серьёзности. Для простых или доброкачественных проблем машина может рекомендовать лекарство. Для проблем, требующих хирургического вмешательства, лечение может быть обеспечено с помощью роботизированных рук/инструментов, лазеров или нанороботов, вводимых, а затем управляемых с помощью комбинации магнитов и их собственных крошечных двигателей. Для трансчеловека, у которого уже могут быть обширные имплантаты и обновления, многие из этих средств могут быть ненужными.

В то время как медицинские возможности 2110 года значительно улучшились по сравнению со столетием ранее, ещё не все аспекты биологии полностью изучены. Например, некоторые редкие и необычные заболевания продолжают сохраняться среди человечества и требуют более специализированного вмешательства, чем могут обеспечить эти домашние машины. Однако, по большей части лечение некогда опасных для жизни заболеваний в настоящее время является относительно рутинным. В последующие десятилетия дальнейшее распространение этих медицинских капсул в тандеме с новыми достижениями науки приведёт к тому, что смертность от рака во многих странах в значительной степени устраняется.

Томосинтез молочной железы – это новая технология трехмерного сканирования, которая выявляет на 40 процентов больше случаев рака молочной железы, чем традиционная маммография, а также снижает дозу облучения. В 2015 году исследователи провели первое крупномасштабное исследование этой методики, чтобы сравнить её с более старыми методами скрининга. Было обнаружено, что томосинтез даёт более чёткие и точные изображения, причём рентгеновские лучи с разных углов показывают несколько тонких слоёв груди, в отличие от одиночных 2-D изображений. Кроме того, для женщин это безопаснее и удобнее, так как давление на грудь уменьшается вдвое.

По состоянию на 2015 год рак молочной железы был ведущим типом рака у женщин, на долю которого приходилось 25% всех случаев заболевания во всем мире. Показатели выживаемости значительно увеличивались в предыдущие десятилетия, и в течение 2020-х годов томосинтез является одним из новых методов, помогающих продолжать эту тенденцию. В течение первой половины 2020-х годов он становится доступным во многих странах. В сочетании с ИИ/глубоким обучением обработки сканированных изображений улучшение результатов продолжается и в дальнейшем.

More…

К концу 2040-х годов искусственная сетчатка и другие визуальные протезы стали соответствовать визуальным качествам настоящего человеческого глаза. Первое поколение этих устройств появилось в начале 2000-х, с громоздким внешним оборудованием и очень небольшим количеством пикселей. Последующие версии имели гораздо более высокое разрешение, предоставляя всё больше возможностей для улучшения уровня жизни пациентов с частичной или полной слепотой.

Дальнейшая миниатюризация компонентов в 2020-х и 30-х годах, наряду с новыми материалами и улучшением батареи / мощности, привела к более плавному и красочному визуальному качеству – в отличие от монотонного и блокового взгляда на мир в устройствах предыдущего поколения. Этот прогресс продолжился и в 2040-х годах, что привело к созданию электродных массивов с сотнями мегапикселей и беспроводной работой.

Близорукость и другие заболевания глаз были растущей проблемой в начале 21 века. Половина населения мира сталкивалась с проблемами зрения, при этом до одной пятой этих людей подвергались повышенному риску слепоты. Генная терапия оказалась жизненно важной для решения этой глобальной проблемы, а зрительные протезы становились всё более значимым дополнением к спектру доступных методов лечения.

К 2048 году имплантаты не только обеспечивают излечение, но и становятся средством для дальнейшего улучшения повседневного опыта пользователей с такими функциями, как встроенные камеры, Wi-Fi, дополненная реальность, инфракрасное излучение, возможность приближения и так далее. В настоящее время даже у здоровых взрослых людей возникает соблазн улучшить своё зрение в одном или обоих глазах, воспользовавшись преимуществами, предлагаемыми компьютеризированным зрением. Эти типы устройств уже были доступны несколько лет назад военным и некоторым другим специализированным или высокопоставленным гражданам, но теперь стали достаточно недорогими, чтобы стать мейнстримом. Существуют проблемы, связанные с технологией – в основном в отношении конфиденциальности и безопасности, что подвергается ряду государственных и корпоративных скандалов.