Сможет ли биоэлектроника вылечить рак в будущем?

5 просмотров
Об авторе

Биоэлектроника

Интересно, когда вы слышите о том, что киборги становятся реальностью, вспоминаете ли вы о красноглазом Арнольде из стали? Как бы то ни было, будущее, в котором человек и машина станут одним целым, связано не только с гайками и болтами. Без биологии никуда.

Тим Мали, который сам себя называет экспертом по киборгам, рассказал ресурсу Gizmodo о том, каким будет первый киборг. Скорее всего, это будет не механическое тело, а выращенное с помощью биотехнологий, и едва ли мы увидим в нем Робокопа — скорее, оно будет собрано по частям из небольших улучшений.

И эти улучшения уже начались.

Сфера, известная как биоэлектроника, является именно тем, чем кажется: когда биология встречает электронику. Прежде чем забегать вперед, важно определить, что такое биоэлектроника. После перейдем к ее интереснейшим возможностям.

Краткая история

Биоэлектроника представляет собой довольно новое слово, когда дело доходит до научных дисциплин, хотя ее истоки лежат за столетия до этого. Первая электрокардиограмма была сделана в 1895 году и заложила собой начало биоэлектроники. Тогда стало очевидно, что электронные системы будут иметь серьезное влияние на все области медицины. Сегодня по всему миру имплантируется более полумиллиона дефибрилляторов в год, превращая миллионы людей в киборгов, вне зависимости от того, понимают они это или нет.

Сфера биоэлектроники только недавно стала известной. По факту, около 95 % статей, написанных на эту тему, было опубликовано после 1990 года. И только за последние пару лет начали происходить действительно прорывы мирового значения. После того как 20 век принес нам почти все, от кардиостимуляторов до роботизированных протезов, амбициозные ученые начали задаваться вопросом, куда можно было бы завести отношения между биологией и электроникой. Вместо того, чтобы строить электронные устройства, которые могут быть имплантированы в биологические системы, например, почему бы не построить устройства, которые станут их частью?

Биокомпьютеры

До сих пор все происходило на клеточном уровне. Ученые строят биокомпьютеры, которые используют биологически полученный материал для выполнения вычислительных функций. Эти маленькие невероятные изобретения используют ДНК для производства белков в системе в соответствии с очень конкретным направлением. Конкретнее, они используют белки и ДНК для обработки информации вместо кремниевых чипов.

Чтобы считаться компьютерами, им нужно уметь делать три вещи: хранить информацию, передавать ее и выполнять функции в соответствии с системой логики. Ученые давным-давно выяснили, как хранить и передавать информацию. (В конце концов, сама ДНК хранит и передает информацию). Только в прошлом году стало известно, как заставить биокомпьютеры производить вычисления.

Команда во главе со стэнфордским биоинженером Дрю Энди создала систему передачи генетической информации, которая использует нечто под названием «транскрипторы», работающие как электронные транзисторы. В то время как транзисторы работают по принципу пропускать или не пропускать электроны через шлюз, транскрипторы позволяют протеину под названием РНК-полимераза проходить или не проходить в нить ДНК. Это неизбежно позволило ученым создать полностью функциональный биокомпьютер.

Когда биология встречает электронику

Построение биологической системы, которая будет работать как электронная, еще нельзя назвать биоэлектроникой. Биокомпьютер — это строительный блок для чего-то большего, понимания того, как биологические и электронные системы могут существовать в симбиозе. Именно этим занималась группа ученых Гарвардского университета в 2012 году, когда создала «кибернетическую» ткань, которая совмещала трехмерную сеть функционирующих, биосовместимых и наноразмерных проводов с человеческой тканью. Это открытие уже можно назвать синергией, обозначенной выше.

«Современные методы, которые позволяют нам наблюдать или взаимодействовать с живой системой, крайне ограничены», — говорит профессор Чарльз Либер, руководящий исследованием. — «Мы можем использовать электроды для измерения активности клетки или ткани, но это повредит их. Благодаря новой технологии мы впервые можем работать в тех же масштабах, что и биологическая система, не мешая ей. В конечном счете, речь идет о слиянии ткани с электроникой таким образом, что становится трудно определить, где заканчивается ткань и начинается электроника».

Просто задумайтесь об этом. Человеческое тело управляется серией электрических сигналов, поэтому Либер и его команда разработали новый материал в виде автономной нервной системы, использующей наноразмерные провода, которые выступают в роли нервов. В настоящее время материал, вероятно, будет использоваться в фармацевтической промышленности, чтобы увидеть как человеческие ткани реагируют на лекарства, но нет никаких ограничений для создания электронных частей тела.

Биоэлектронное лекарство от рака

Давайте сразу проведем черту. Материал, который является частью электроники (читай: с проводами) и частью биологии (читай: сделан из живых клеток) безусловно биоэлектронный. Но конечная цель биоэлектроники лежит еще дальше. Например, в устройствах, по большей части гипотетических, которые будут использовать принципы биовычислений и архитектуры биологической электроники, чтобы делать невероятные вещи.

Чтобы добраться туда, потребуется время. Пока мы только добились успеха в манипуляции электрическими свойствами живых клеток. Биолог Михаил Левин из университета Тафтса, например, считает, что есть возможность настроить существующие электронные сигналы в клетках, чтобы образовать новые модели роста. Это почти ничем не отличается от настройки потока белков в биокомпьютерах для выполнения определенных функций, кроме того, что может изменить мир.

Просто представьте, какое влияние могут оказать эти исследования на лечение рака. В феврале прошлого года команда Левина опубликовала статью, которая описывает, как конкретные электрические сигналы связаны с ростом опухоли. В сущности, если бы вы могли определить этот уникальный биоэлектронный сигнал на ранней стадии, можно было бы обнаружить опухоль еще до того, как она начнет расти.

Более того, если вы можете манипулировать этими биоэлектронными сигналами, вы вообще можете остановить рост рака. В идеале такие манипуляции не только могли бы излечить людей от всех болезней, но и выращивать новые конечности, например.

Давайте превратим вас в живой компьютер

Вот где находится грандиозное применение биоэлектроники: в медицине. Разные типы устройств уже продаются как носимые датчики, способные рассказать вам что-то о вашем теле. Не так давно Google представила контактные линзы, которые способны определять уровень глюкозы в вашей крови. Это прекрасный пример. Некоторые из этих устройств работают в тандеме со смартфоном или компьютером, но ученые в конечном счете надеются, что те будут работать автономно, без проводов и даже без батарей.

Такое будущее мне нравится. Чуть больше месяца назад фармацевтический гигант GlaxoSmithKline объявил приз на миллион долларов за инновацию в сфере биоэлектроники. Они ищут гениальных ученых, способных построить «миниатюрное, полностью имплантируемое устройство, которое сможет читать, записывать и блокировать электрические сигналы тела, чтобы излечить болезнь». Звучит невероятно. День, когда мы избавимся от астмы и диабета, что потенциально спасет миллионы жизней, не за горами. А благодаря последним исследованиям, мы знаем, что это возможно.

Честно, меня переполняет радость при одной мысли о том, что я, возможно, стану представителем поколения, которое будет жить долго и безболезненно. Очень долго.

Сможет ли биоэлектроника вылечить рак в будущем?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

7 комментариев

  1. Askarko

    Читал что рак передался человеку от собаки(путем поедания),как вич от обезьян.между собакими рак может передаваться воздушно-капельным путем..

    • denn

      +1 (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Huginn

      Рак это частное от злокачественных опухолей. Причины появления опухоли (как злокачественной так и доброкачественной) могут быть разные: и вирусы и физические факторы и химические. Но опухолевые клетки это всегда преобразование (малигнизация/ озлокачествление) собственных клеток.
      Опухоль не вирус и не бактерия, хотя они и могут стать причиной болезни, поэтому говорить о "заражении" раком от других организмов это не понимать что такое опухоль, как она появляется и как развивается. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • Юлька-казюлька

        +1
        Добавлю к вашему камменту еще наследственный фактор. Болезнь может быть закодирована геномом от предков, на которых как раз могли воздействовать те же самые физ-хим и био- факторы.
        Причем ген может включиться не сразу, а может и вообще не включиться. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. Edgar Taronc

    ИЛЬЯ ХЕЛЬ,сможете сделать статью про 3D голограмм(как в звездных войнах)уж очень интересно узнать появится ли такая технология через 20 лет?))

  3. NOM

    Время покажет (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.