Биология и медицина – «Будущее сейчас»

Первый в мире киборг

В 2002 году профессор кибернетики Кевин Уорвик из Университета Рединга, Великобритания, совершил крупный прорыв в области интерфейсов мозг-компьютер (BCI). Этот знаменательный проект состоял из двух экспериментов, оба из которых были проведены самим профессором Уорвиком.

Первый включал в себя массив из 100 электродов, имплантированных в его руку. Они могли напрямую подключаться к его центральной нервной системе и посылать электрический сигнал за пределы его тела. Используя этот метод, профессор Уорвик успешно манипулировал роботизированной рукой, не используя ничего, кроме нервных импульсов. Дальнейшие эксперименты включали дистанционное управление через Интернет, а также управление инвалидной коляской с электроприводом.

Вторым этапом проекта была прямая искусственная связь между двумя людьми. Это тоже было успешно продемонстрировано. Используя Интернет в качестве посредника, между ним и его женой были отправлены сигналы. Хотя эффекты были незначительными, это был первый случай, когда нервные сигналы были искусственно посланы между двумя людьми. После эксперимента было доказано, что интерфейсы оставляют минимальное повреждение тканей.

Больше…

Проект «Геном человека» завершен

Проект «Геном человека» стал международным научным проектом, основной целью которого было определить последовательность химических пар оснований, составляющих ДНК, и составить карту более чем 20 000 генов человеческого генома как с физической, так и с функциональной точки зрения.

Проект начался в 1990 году. Примерно на полпути критики указали, что, учитывая скорость, с которой затем можно будет сканировать геном, для завершения потребуется сотни лет. Однако рабочий проект генома был выпущен в 2000 году, а полный – в 2003 году. Это стало возможным благодаря экспоненциальному прогрессу – как и во многих областях науки, информация о парах оснований фактически удваивалась каждый год, и для достижения 100% требовалось всего несколько удвоений.

В дополнение к почти 1 триллиону долларов экономической прибыли проект приносит огромные долгосрочные выгоды миру науки и медицины. Знание последствий изменения ДНК у отдельных людей может произвести революцию в способах диагностики, лечения и профилактики ряда заболеваний, поражающих людей, а также дать ключ к пониманию биологии в целом.

Геном мыши полностью секвенирован

В 2009 году, после 10-летних усилий, ученые завершили картирование всего генома мыши. Это произошло через шесть лет после завершения проекта “Геном человека”. Учитывая распространенность мышей в лабораторных экспериментах, это поможет человеку лучше понять и лечить болезни.

Крупный прогресс в исследованиях рака

В 2009 году была достигнута важная веха в медицине, поскольку были определены полные генетические коды рака кожи и легких. Все возможные мутации, превращающие здоровые клетки в раковые, были полностью каталогизированы, прокладывая путь для лекарственных целей, которые могли бы привести к возможным излечениям в не слишком отдаленном будущем. Анализы крови для выявления опухолей также будут возможны на гораздо более ранних стадиях. Генетический код для других видов рака также скоро будет занесен в каталог: США начали изучать рак головного мозга, яичников и поджелудочной железы; Великобритания изучает рак молочной железы; Япония изучает печень; Китай – желудок, а Индия – рот.

Больше…

Дегенерация желтого пятна сетчатки излечима

Дегенерация желтого пятна сетчатки – основная причина слепоты у людей в возрасте 65 лет и старше – стала поддаваться лечению в 2010 году с помощью миниатюрного “телескопа”, имплантированного в глаз. Состоящий из двух линз в небольшой стеклянной трубке, он может функционировать как телеобъектив с зумом. В сочетании с роговицей он проецирует увеличенное изображение того, на что смотрит пользователь, на большую часть сетчатки. Болезнь повреждает только центральную часть зрения пациента, поэтому увеличение изображения на глазу позволяет клеткам сетчатки за пределами макулы обнаруживать свет, перефокусировать его и перенаправлять информацию в мозг.

Больше…

Ученые создают синтетическую жизнь

В мае 2010 года в биотехнологии был достигнут гигантский скачок, когда ученые во главе с пионером ДНК доктором Крейгом Вентером создали первую искусственную форму жизни. Mycoplasma laboratorium стала новым видом бактерий с искусственным генетическим кодом, созданным на компьютере и помещенным в синтетическую хромосому внутри пустой клетки. Используя свое новое “программное обеспечение”, клетка могла генерировать белки и производить новые клетки.

Этот прорыв поднял глубокие вопросы о сущности жизни, вызвав озабоченность у ученых, “играющих в Бога”. Вместо того, чтобы иметь генетического родственника, от которого она развилась, родителем этой клетки был компьютер. Некоторые полагали, что технология может попасть не в те руки и быть использована для создания биологического оружия.

Однако потенциальные преимущества синтетической геномики, возможно, перевесят опасности. Возможность переписать “программное обеспечение” жизни может произвести революцию в области биологии, что приведет к появлению радикально новых вакцин и лекарств, технологий чистой воды, передовых видов биотоплива и многого другого.

Первая в мире пересадка синтетических органов

В июне 2011 года хирурги в Швеции провели первую в мире пересадку синтетического органа. 36-летний мужчина, страдающий неизлечимым раком трахеи, получил совершенно новую заменённую трахею. Это было достигнуто с помощью нанотехнологического каркаса, изготовленного из губчатого гибкого полимера и засеянного его собственными стволовыми клетками в биореакторе. Каркас был основан на 3D-сканировании, выполненном в соответствии с точными размерами его трахеи. Клетки были выращены на каркасе всего за два дня до трансплантации пациенту. Поскольку клетки, использованные для регенерации трахеи, принадлежали самому пациенту, у его иммунной системы не было вероятности отторжения.

Это был крупный прорыв в регенеративной медицине. Будущие трансплантации с использованием этого метода потенциально могут быть более быстрыми, эффективными и доступными – не требующими донорства человека, занимающими всего два дня и адаптированными для идеальной посадки. Это может особенно помочь детям, для которых доноры трахеи менее доступны по сравнению со взрослыми.

Другие недавние достижения в этой области науки включают регенерацию зубов, синтетические артерии и рост мышц бедер и кончиков пальцев. В 2020-х годах будут выращиваться более сложные органы и части тела, такие как сердце. Позже, в 21 веке, полностью синтетические люди станут реальностью (хотя и не без противоречий).

Больше…

На Западе проведена первая генотерапия

Генная терапия — это новая и развивающаяся область медицины, обладающая огромным потенциалом. Путем выявления и «редактирования» дефектных генов в клетках человека теоретически можно преодолеть любую болезнь. Однако исследования в этой области были сопряжены с проблемами: у пациентов развивался рак, и они умирали в ходе клинических испытаний.

Китай одобрил первую генную терапию в 2003 году. Однако для западного мира потребовалось ещё 10 лет, чтобы это произошло. В 2012 году голландская компания UniQure разработала «Глиберу» для лечения дефицита липопротеиновой липазы (LPLD) и рецидивирующего острого панкреатита. Пациенты с LPLD – очень редким наследственным заболеванием – неспособны метаболизировать частицы жира, содержащиеся в их крови, что приводит к воспалению поджелудочной железы (панкреатиту), чрезвычайно серьезному, болезненному и потенциально смертельному состоянию.

Glybera успешно прошла испытания на людях и получила одобрение Европейской комиссии, а разрешение на маркетинг распространяется на все 27 государств-членов ЕС. В 2013 году он стал коммерчески доступным. UniQure позже получит одобрение регулирующих органов в других странах, включая США и Канаду.

Первое создание человеческих эмбриональных стволовых клеток путем клонирования

До сих пор единственным источником эмбриональных стволовых клеток были человеческие эмбрионы, что создавало непреодолимые препятствия для исследований с этим материалом. Впервые удалось получить эмбриональные стволовые клетки из неоплодотворенной яйцеклетки, которая с этической точки зрения не может считаться «человеческим существом».

В мае 2013 года в журнале Nature было опубликовано исследование, описавшее успешное создание человеческих эмбриональных стволовых клеток путем клонирования. Ученые из университета Орегона и Орегонского Национального Центра Исследования приматов (ONPRC) успешно перепрограммировали клетки кожи человека так, чтобы они стали эмбриональными стволовыми клетками, способные трансформироваться в любой другой тип клеток в организме. Они надеялись, что эмбриональные стволовые клетки в один прекрасный день могут заменить широкий спектр клеток и тканей, поврежденных в результате травмы или болезни у конкретного пациента. При помощи эмбриональных стволовых клеток предполагается лечить угрожающие жизни заболевания, от которых страдают миллионы людей по всему миру. Так стволовые клетки могут быть применены для создания мышц сердца, кости, мозговой ткани и любого другого вида клеток человеческого организма. В результате можно будет лечить такие заболевания, как болезнь Паркинсона, множественный склероз, сердечные заболевания, а также повреждения позвоночника.

Этот прорыв последовал после успеха в превращении клетки кожи обезьяны в стволовые клетки в 2007 году. Предыдущие неудачные попытки ряда лабораторий показали, что человеческие яйцеклетки оказались более хрупкими, чем у других видов. Поэтому известные методы перепрограммирования заводили исследования учёных в тупик. Исследователи разработали вариант обычно используемого так называемого метода переноса ядра соматической клетки, который был направлен на пересадку ядра одной клетки, содержащую ДНК человека, в яйцеклетку с удалённым своим генетическим материалом. Эти неоплодотворенные яйцеклетки затем выработали и в итоге произвели стволовые клетки.

Залогом такого успеха стало то, что удалось найти способ, чтобы яйцеклетка смогла оставаться в состоянии, называемом «метафазой» во время процесса ядерной передачи. Метафаза является стадией естественного процесса деления (мейоз) в клетке, когда генетический материал, выравнивается посередине клетки, перед тем, как она начнёт делиться. Исследовательская группа обнаружила, что химически поддержанная метафаза всего процесса передачи предотвращает сваливание, что позволяет клеткам производить стволовые клетки

Этот прорыв будет подпитывать развитие технологий стволовых клеток в терапии, помогающих от ряда заболеваний и состояний, которые сейчас неизлечимы. Однако, хотя клонирование стволовых клеток сейчас возможно (т.е. терапевтическое клонирование), производить полностью человеческих клонов (т.е. репродуктивное клонирование) почти наверняка невозможно. Хрупкость человеческих клеток, при использовании данного метода, является главным фактором предотвращающим клонирование человека.

Больше…

Первое саморегулирующееся искусственное сердце

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.

Больше…