"Люди будут становиться всё более небиологическими существами, пока не дойдут до состояния, когда небиологическая часть станет превалировать, а биологическая потеряет своё значение... К 2042 году на базе имеющихся технологий учёными будет предпринята первая попытка реализации потенциального "бессмертия".
Ваш жизненный опыт, воспоминания, привычки, чувства - всё ваше Сознание можно будет полностью "копировать" на некое подобие флешки и интегрировать в новую физическую оболочку.
Биологическое тело, дополненное нейрочипами или его подобие из более совершенных материалов..." Рэй Курцвейл, технический Директор компании "Google"
Неужели это правда и мы с вами сможем дожить до потенциального бессмертия или это всего лишь около-научная фантастика?
Давайте вместе проверим это сенсационное утверждение Рэя и посмотрим, насколько близко учёные подошли к созданию искусственного "сверхчеловека" на самом деле!
Наше исследование мы начнём с краткого обзора технологий выращивания искусственных органов и тканей человеческого организма, которые уже перешли в стадию активно применяемых на практике.
Содержание статьи:
- Преодоление иммунного отторжения органов
- Выращивание на биологическом каркасе
- Имитация эмбрионального развития
- Перепрограммирование ДНК стволовых клеток
- 3-D биопечать отдельных органов и тканей
- Человеческие органы на чипе и нейросинтез
Преодоление иммунного отторжения органов
Идея об искусственном выращивании человеческих органов появилась в середине XX века, с того момента, как людям начали пересаживать органы доноров.
Важным препятствием при трансплантации тканей и органов является их отторжение. Даже если аллотрансплантация прошла успешно, пациенту с пересаженным органом как правило приходится всю оставшуюся жизнь принимать препараты, препятствующие отторжению.
Чтобы сделать трансплантат "невидимым" для иммунной системы человека, была создана культура человеческих эмбриональных стволовых клеток, которые синтезируют две молекулы подавляющие активность так называемых "Т-клеток".
Особенностью этих клеток является то, что образующиеся из них аллогенные (от другого человека) ткани не вызывают иммунной реакции и отторжения после трансплантации.
Это значит, что трансплантацию органов и тканей выращенных из этих "универсальных" клеток можно будет проводить без предварительной проверки этих органов на биологическую совместимость с организмом пациента.
Выращивание на биологическом каркасе
Чтобы получить полноценный искусственный орган, сначала готовят каркас анатомической формы, а затем заселяют его клетками будущего реципиента. Первая работа по такой схеме была проведена еще в начале 90-х годов - тогда ученые вырастили искусственное ухо.
В качестве инкубатора для выращивания клеток использовали живую мышь. Ей вживили каркас будущего уха из полиэстера, засеянный хондроцитами теленка.
В процессе роста клеток полиэстерная основа деградировала, так что в итоге получился чистый хрящ в форме человеческого уха.
В России тоже идут работы по получению искусственных органов из собственных клеток пациентов.
В 2012 году в России была проведена трансплантация трахеи и части гортани, полученных из клеток пациентки повредившей трахею в автомобильной аварии.
Имитация эмбрионального развития
Еще один способ получить орган искусственным путем - это скопировать у природы не его окончательный вид, а лишь начальные этапы его развития.
В идеале, если правильно подобрать условия, зачаток самостоятельно будет развиваться так же, как в эмбрионе.
Биомедицина | Трудно быть Богом на канале Наука 2.0
Эмбриоиды или эмбриональные тельца представляют собой трёхмерные агрегаты клеток, где представлены клетки всех трёх зародышевых листков, необходимых для образования органов и тканей организма.
В условиях лаборатории их можно получить различными способами культивирования из недифференцированных ИПСК.
Самое интересное, что путем имитации эмбрионального развития можно получить даже зачатки мозга человека.
Научные открытия и достижения последних лет в области генетики открывают перед этой технологией просто невероятные возможности!
Перепрограммирование ДНК стволовых клеток
Семь лет назад двое выдающихся учёных Джон Гардон (John B. Gurdon) и Шинья Яманака (Shinya Yamanaka) из Университета Киото получили Нобелевскую премию, совершив научную революцию в биологии.
Премию учёные получили за открытие невероятного факта - зрелые клетки человеческого организма могут быть генетически "перепрограммированы" обратно в стволовые.
Открытие Гардона и Яманаки - важнейшее фундаментальное открытие в биологии, поскольку именно оно впервые продемонстрировало, что дифференцированная клетка может снова вернуться в "детство" и стать плюрипотентной.
Новое тело | "Большой скачок" на Наука 2.0
Весьма простая технология получения ИПСК* мгновенно была взята на вооружение сотнями лабораторий по всему миру.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) - стволовые клетки, полученные из плюрипотентных клеток путём эпигенетического перепрограммирования.
Ранее считалось, что процесс клеточной дифференциации - это "билет в один конец". И клетки обретшие свою специализацию уже никогда не могут вернуться в первичное состояние. Группа учёных под руководством Яманаки первой сообщила о своих результатах в журнале Cell.
Исследователям удалось превратить фибробласты из кожи взрослого человека в клетки, очень напоминающие ЭСК по морфологии, экспрессии генов и способности к дифференцировке.
Недавно разработанные методы перепрограммирования специализированных клеток в стволовые значительно облегчили процедуры выращивания искусственных органов из клеток пациентов.
С помощью такой технологии удалось вырастить кровеносные сосуды, трахею и мочевой пузырь.
В 2018 году биоинженеры из Массачусетсткого Технологического Института в США создали язык программирования позволяющий быстро создавать комплексные, написанные в коде ДНК цепи, придающие новые функции живым клеткам.
3D-биопечать отдельных органов и тканей
Одна из самых зрелищных демонстраций технологии 3D-биопечати прошла в 2011 году. На конференции TED-2011 специальный 3D-принтер напечатал макет человеческой почки прямо во время выступления американского хирурга и биоинженера Энтони Аталы.
Самые продвинутые биопринтеры уже умеют печатать несколькими разными типами клеток, что абсолютно необходимо для воссоздания сложных органов.
Американская компания Organovo, расположенная в Сан-Диего, стала первой компанией осуществившей коммерциализацию технологии 3D-биопринтинга. Компания использует технологию NovoGen MMX Bioprinter.
Используемый Organovo 3D-принтер предназначен для изготовления тканей кожи, сердца, кровеносных сосудов и других тканей, которые могут быть пригодны для хирургии и трансплантации.
Группа специалистов из этой компании в 2015 году напечатала первую в мире ткань почки, которую можно использовать для проведения доклинических испытаний лекарственных препаратов.
Запчасти для Homo sapiense на канале Наука 2.0
С 2018 года исследовательская группа из университета Суонси в Великобритании использует технологии 3D-биопринтинга для изготовления мягких тканей и искусственных костей для возможного использования в восстановительной хирургии.
Габор Форгач - знаменитый биоинженер и предприниматель от науки. Под его руководством был создан первый коммерческий 3D-биопринтер на котором уже напечатаны образцы многих тканей.
В 2019 году была открыта новая технология 3D-печати органов и тканей без био-разлагаемого каркаса.
Вместо "строительных лесов", которые поддерживают структуру желаемого органа или ткани, ученые из США использовали гидрогелевые шарики внутри которых печатается искусственный орган.
Такие временные "ванночки" позволяют напечатанным клеткам легко соединяться без дополнительного каркаса, сообщается на сайте Иллинойского университета в Чикаго. Статья с результатами опубликована в журнале "Materials Horizons".
Человеческие органы на чипе
Дональд Ингбер - биолог знаменитый своим "инженерным взглядом" на живые объекты. Благодаря ему учёный сделал несколько сенсационных открытий в области биологии клетки (например, о влиянии механических воздействий на активность генов).
Ему удалось создать работающую модель простейшей клеточной системы расположенной на пластинке стандартного размера и воспроизводящей основные функции моделируемого органа.
За время своих исследований Дональд создал множество отдельных органов на чипах и сейчас работает над объединением десяти таких органов в прототип "искусственного человека".
Особенно интересной для клинических исследований оказалась разработка в 2018 году чипа отражающего устройство гематоэнцефалического барьера.
Разработчики воспроизвели и плотные контакты между клетками сосудов мозга, и само расположение глиальных клеток - особенности, благодаря которым многие молекулы из крови не могут легко проникнуть в мозг.
В феврале 2020 года группа ученых из Великобритании, Германии, Италии и Швейцарии опубликовали научную работу, которая вполне может стать одной из самых прорывных за последние пару лет.
Они смогли создать систему, которая соединила искусственные нейроны с биологическими и при этом могла передавать сигналы в обоих направлениях.
Примечательно, что три элемента этого гибрида находились в разных точках Европы и были связаны через интернет по протоколу UDP.
Несмотря на расстояние, сеть функционировала и проявляла свойства живых нейронных систем, например, долговременную потенциацию. Статья опубликована в журнале Nature Scientific Reports.
Обязательно посмотрите это видео, которое просто и наглядно поясняет некоторые разделы данной статьи в интересных деталях!
Что можно заменить в человеке? На канале Наука 2.0
В следующей части наших публикаций мы с вами подробно рассмотрим передовые научные достижения в области Биоинжиниринга.
➡️ Статья в Википедии. Выращивание искусственных органов
➡️ Научная публикация. Индуцированные стволовые клетки
◀️ К предыдущей статье: Научная НЕфантастика. Как технологии изменят нашу жизнь?
▶️ Читать далее: Научные исследования Гексаграмм И-Цзин
