среда, 14 апреля 2010 г.

Модульное омоложение



То не живет, что в каменных гробах,  
Вдыхает мрак, а выдыхает страх...
Над чем не властен тлен, то не живо.
Смерть, ожидает смерть, скорей всего.

Н.Р.Lovecraft


Неизвестно, насколько жизнеспособны идеи, о которых говорится в этой статье. Возможно, часть направлений в последствии окажется тупиковыми, или этически неприемлемыми. Но можно предположить, что переплетаясь между собой, и дополняя друг друга они дадут поистине удивительные плоды.
Выдающиеся достижения хирургии XX века впечатляют: пересадка сердца, печени и других внутренних органов, приживление полностью отчлененных пальцев и кисти, замена поврежденных суставов на искусственные и многое другое.
Технологии развиваются, перспективы хирургии огромны, она движется вперед семимильными шагами, и вероятно довольно скоро “запретные” для хирургического вмешательства зоны исчезнут. Это позволит заменять стареющие изношенные органы, кожу, ткани, и др. на молодые и здоровые.
Существует целый ряд направлений, которые позволят в конечном итоге наладить поточное производство любых органов, желез, тканей и т.п. применимых для трансплантации. С переменным успехом проводились даже операции на животных по усечению головы и пересадке ее к другому телу (об этом ниже).
Казалось бы потенциально возможно заменять подобно конструктору любые составные части организма, кроме разве что мозга. Но оказывается, и с "модульным омоложением" мозга не все так беспросветно. Впрочем, обо всем по порядку.
Пока  добились  успехов в выращивании структурных тканей – кожи, костей и хрящей. Они относительно просты, и для них легко подобрать подходящий субстрат.
Существует 4-е основных направления, которые в недалеком будущем позволят в избытке создавать необходимые молодые и здоровые органы и ткани для трансплантации:

Трансгенные животные с отдельными “очеловеченными” органами.
Выращивание органов вне организма с использованием стволовых клеток.
Самостоятельно развивающийся организм, клон-растение (с отключенной способностью мыслить).
Печать органов по принципу 3D принтера.


Создание трансгенных животных с отдельными “очеловеченными” органами
Одна из бурно развивающихся биотехнологий, называется ксенотрансплантацией. Говоря сухим языком определений - это трансплантация человеку тканей и органов от животных.
Ученые надеются, что химеры (организмы состоящие из генетически разнородных тканей), которых они создают, смогут предоставить клетки, генетически идентичные клеткам пациентов, для восстановления поврежденных органов, а возможно, и целые органы. Конечно, не исключено иммунное отторжение части клеток, однако это не является непреодолимой проблемой.
Уже выращиваются свиньи, в которых течет человеческая кровь, и овцы, чьи сердце и печень преимущественно человеческие. Первые опыты по пересадке почек трансгенных свиней обезьянам показали обнадеживающие результаты, почки нормально функционировали в организме обезьян более двух месяцев.
Идея использования полулюдей-полуживотных в качестве живых фабрик ставит на повестку массу этических вопросов и вопросов безопасности.
Всемирная организация здравоохранения предостерегает, нельзя сбрасывать со счетов такую опасность, как передача человеку от животного-донора уже известных, а также новых, еще не открытых наукой болезней. Опасность усугубляется тем, что попав в организм одного-единственного человека, новая инфекция может стать опасной и для всего человечества.
Известный молекулярный биолог Ирвинг Вейсман в Стэндфордском университете имплантировал клетки человеческого мозга в зародыши мышей. В результате был создан новый мышиный штамм с человеческой долей примерно в 1%.
В настоящее время Вейсман с командой намерен вырастить мышей, имеющих 100% клеток человеческого мозга. Как определить статус подобных средств в моральном и юридическом смысле? Должны ли мы признавать за гибридами права человека, поставив их тем самым под защиту закона? Будут ли они проходить своеобразный тест на человечность? Возможно, эти вопросы будут “горячо” обсуждаться в этом веке.
Пока Американская национальная академия наук собирается опубликовать своего рода «директивы по исследованию химер», поскольку предполагается целый поток экспериментов в этом быстро развивающемся направлении.
Уже были сообщения, якобы о появлении на свет клонированных поросят, органы которых идеально подходят для пересадки человеку.


Выращивание отдельных органов с использованием стволовых клеток
Все мы появились на свет из одной-единственной оплодотворенной яйцеклетки. Стволовые клетки это клетки предшественники, которые делятся и под действием управляющих сигналов преобразуются в те или иные виды человеческих тканей.
Уже есть возможность получить культуру клеток, какой-нибудь ткани. Но орган это не однородная структура. Нужно совместить отдельные клетки таким образом, чтобы обнаружились те необходимые характеристики, которые имеются у органа. В частности, что касается его кровоснабжения, эндокринной функции, и др.
Современная технология выращивания органов используют специальную полимерную подложку (губку-каркас), орган развивается из стволовых клеток, процесс специализации которых управляется с помощью стимуляторов роста, выделяемых полимерной подложкой. А как только формирующийся орган приобретает необходимую структуру и форму, полимерная основа, которая на самом деле делается из нестойких материалов, растворяется, не мешая клеткам развиваться.
Ученые научились создавать и приживлять лабораторным животным искусственные ткани с настоящей кровеносной системой, им удалось создать сеть артерий, вен и капилляров, которая в некоторых местах достигает толщины всего в десять микрон. Такие ткани в ходе эксперимента успешно приживлялись крысам. Спустя две недели они сохраняли жизнеспособность до 95 процентов клеток.
Это значительный шаг на пути к технологии, которая позволит создавать и пересаживать целые внутренние органы, например, почки или печень. Сейчас проводится работа с более крупными животными, такими как свиньи, кролики.

Будем надеяться, что через 10-15 лет будет достигнут уровень, когда станет возможно проделывать эту процедуру на пациентах в клинических условиях. Это весьма актуально не только для модульного омоложения. На сегодняшний день 80% пациентов нуждающихся в трансплантации погибают так и не дождавшись подходящих донорских органов.
Самостоятельно развивающийся организм, клон-растение (с отключенной способностью мыслить)
Источником запасных частей может быть и самостоятельно развивающийся организм. Представьте себе, на свет появился мертворожденный ребенок. Мозг его мертв, а тело может жить (либо создан клон пациента с генетически измененный таким образом что изначально мозговая деятельность отключена). Представьте себе, что это тело мы присоединяем к системе поддержания жизни, оно будет расти и развиваться. Человека нет - существует лишь его тело, сохраняющее жизненные силы. Может быть, именно из таких искусственно выращенных организмов и будут завтра создаваться банки запасных частей для человека.
Вероятно, существует возможность ускорить развитие клона с помощью гормонов и других стимуляторов, не нанося этим вреда отдельным органам. Существует понятие иммунной совместимости, трансплантологам известно что обычный орган подходит только одному пациенту из 60-ти. При массовом производстве эта проблема становится не так актуальна, либо вообще отпадает, если выращивать индивидуального клона-близнеца из материала самого пациента.
Нет принципиальных технических проблем, чтобы реализовать подобное уже сегодня. Однако при этом возникает целый ряд сложностей этического и законотворческого характера. В подавляющем большинстве адепты религиозных учений против экспериментов с клонированием т.к. считают их богопротивными. Сегодня законодательством большинства цивилизованных стран запрещены эксперименты по репродуктивному клонированию, во многих странах ограничивают даже терапевтическое клонирование (т. е. которое не подразумевает рождение клонированного человека).
Казалось бы фантастичный проект — пересадка человеческого мозга к молодому телу выращенного клона. Но первый шаг к практической его реализации был сделан еще в 1957 году в СССР, когда Владимир Демихов успешно пересадил голову одной собаки на тело другой. Первая двухголовая собака прожила несколько дней. Обе головы собаки видели, слышали, различали вкус и даже лаяли. Однако в организме животного произошло сильное иммунологическое отторжение, которое привело к гибели. Значительно позднее Американский нейрохирург Роберт Вайт, пересаживал головы обезьянам. Самый "успешный" опыт из той серии трудно назвать полной удачей — мартышка, которой пересадили голову, осталась частично парализованной, но она могла видеть, и есть. Теперь Роберт Вайт, при активном содействии журналистов, много распространяется о пересадке человеческого мозга.
Конечно, возникнет много правовых, этических, и научных проблем. Хирурги, например, пока не умеют сращивать спинной мозг (подразумевается, это будет доступно медицине будущего).
Демихов пытался доказать, что все части человека можно заменять новыми, и тем самым продлевать ему жизнь. Ученик Демихова Михаил Разгулов не раз пришивал собакам новые головы. Эксперименты привели его к убеждению — у людей может быть несколько жизней. И если голову пожилого человека пересадить на молодое тело, то обладатель головы начнет жизнь заново.
На самом деле, конечно неизвестно помолодеет ли "пришитая" голова. Известны эксперименты, когда сшивали в единое целое с общей системой кровообращения молодую и старую мышь. На время старая мышь молодела, но затем преобладать начинали старящие управляющие сигналы, и обе сшитые мышки старели. В общем, с пришитой головой возможны три варианта: помолодеет голова, постареет тело, либо все останется как и до операции.
Идеям “модульного омоложения” мозга посвящена заключительная часть этой статьи.
Сегодня, теоретически, для успеха операции, голову надо пересаживать вместе с шеей и частью грудной клетки. Основная трудность соединение нервных и костных отделов позвонка. "Стыковка" вен и артерий уже хорошо отработана и для хирургов экстра-класса не проблема. Возможно, потребуется пересадить спинной мозг хозяина головы, но он должен очень хорошо подходить донорскому телу по иммунным показателям.
Печать органов по принципу 3D принтера
Это пока скорее просто интересная идея.
Группа американских учёных уже научилась печатать биологические объекты. Экспериментаторы печатали множество последовательных слоёв геля и клеток, показав, что таким путём можно буквально поклеточно создавать трёхмерные биологические объекты. Гель при температуре ниже 20 градусов Цельсия является жидкостью, а при нагреве выше 32 градусов — затвердевает. И, конечно, он совместим с биологическими тканями. Идея опирается на ряд простых фактов. Различные клетки, напыляемые "принтером", через некоторое время сами срастаются. Тончайшие слои геля не мешают им в этом, и, в то же время, придают конструкции прочность до того момента, как всё будет закончено.
Авторы исследования полагают, что трёхмерная печать листов кожи, различных органов, вплоть до сердца — это путь, который сможет обеспечивать больного, нуждающегося в пересадке органа (или пересадке кожи после ожога), всем необходимым в кратчайшее время.
Очевидно, все это станет возможным, если принтер сможет создавать все его структуры, включая сосуды и капилляры.
Весь орган должен быть напечатан в течение короткого времени, и в процессе в новые слабенькие сосуды уже нужно подавать питательные вещества, кислород, иначе клетки погибнут.
Нечто подобное проделывали и ранее другие исследователи, пытаясь, например, наращивать слой за слоем кожу из культивированных клеток. Только вот они пытались осуществить это без использования принципа струйного принтера. А он, как выяснилось, ускоряет процесс создания пласта клеток на много порядков.
Модульное омоложение мозга
Неизвестно насколько замедлит старение мозга постоянное омолаживание тела с помощью модульной замены его составных частей. В любом случае, это почти наверняка не решит проблему старения мозга полностью.
Нельзя сказать что воспоминание о неком моменте вашего прошлого хранится в определенной клетке мозга или даже в группе клеток. Информация хранится в виде более чем огромного количества взаимосвязей нейронов.
Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и др. приводят к старческому слабоумию, утрате мозговых функций. Сегодня проводится множество исследований по ранней диагностике нарушений памяти и профилактическому лечению. Корень проблемы в уменьшении числа связей между нервными клетками, потеря которых, по мнению ученых, отвечает за снижение интеллекта у пожилых людей.
Сегодня есть попытки использовать для предотвращения дегенерации стволовые клетки, которые превращаются в клетки мозга и начинают участвовать во взаимосвязях с другими клетками. Таким образом, происходит как бы постепенная “перезапись” информации со старых клеток на молодые с помощью вновь появляющихся связей.
Известно немало случаев, когда в результате вынужденного хирургического вмешательства удаляли части мозга. Сегодня может быть удалено даже целое полушарие (гемисферэктомия), многие люди при этом остаются вполне дееспособными учатся, работают, и т.п. как и все остальные полноценные личности.
Неким Александром Лазаревичем предлагался гипотетический пока метод использования “мозговых модулей”. Старый модуль может быть заменен новым ("чистым") без гибели  личности, и цикл постепенной перекачки информации из старого модуля в новый может повторяться до бесконечности.
Таким образом, модули мозга всегда остаются достаточно молодыми, и в них храниться только информация значимая для личности (ненужные вещи человек, вернее его старый модуль, не вспомнит ни разу за все время работы "в одной упряжке" с новым модулем и потому эта информация в новый модуль не перейдет).
Пока можно лишь фантазировать по поводу технических решений этой задачи. Но научные и технические средства, развивающиеся с все большим ускорением, позволяют надеяться, что подобные методики вполне могут скоро войти в нашу жизнь.