Что делать, если человеку отрубило руку? Жить без одной руки? Так и было до недавнего времени. Теперь чудеса медицины могут практически вернуть руку человеку, пусть и механическую, и не такую «родную». Но еще интересной областью представляется биоинженерия. Ее чудеса позволяют воссоздать практически любой орган человека, распечатать его на 3D-принтере и избавить огромное количество нуждающихся в пересадке печени от очереди, которая не гарантирует спасение. За биоинженерией будущее медицины и хирургии. От возможности программирования генетического кода до практически полного обновления организма.
Когда мы говорим о памяти, мы обычно представляем себе мозг, нейроны и воспоминания. Но что, если я скажу вам, что растения, у которых нет ни мозга, ни нервной системы, тоже обладают собственной формой памяти! Да, сложно поверить, но растения действительно обладают памятью и, более того, они передают свой опыт следующим поколениям. Конечно они не запомнят человека, который их поливает. Их память более специфичная и связана с выживанием и адаптацией к разным условиям и воздействиям. Если растение испытывает какой-либо стресс, который влияет на его выживание, оно передаёт этот опыт следующему поколению, чтобы ему было проще с этим справиться.
Современный мир – удивительное место. Мы приблизились к созданию искусственного интеллекта, научились редактировать геном и смогли вырастить человеческий эмбрион в лабораторных условиях. Выходит, мы живем в будущем, о котором писали научные фантасты. Но так как реальность от фантастики все же, отличается, в каждой из указанных областей есть ограничения. Так, современные ИИ-системы не обладают сознанием, за редактирование генома человека предусмотрена уголовная ответственность, а созданная израильскими учеными «копия» человеческого эмбриона – первая в своем роде. Разработанную исследователями структуру едва ли можно назвать человеческой, а подобные эксперименты поднимают новые этические вопросы. И хотя работа сильно отличается от всех предыдущих, ученые действительно добились впечатляющих результатов.
Группе китайских ученых и испанскому врачу Мигелю Анхелю Эстебану удалось создать аналог человеческой почки внутри другого организма. Этот новаторский эксперимент – самый настоящий прорыв, так как в будущем позволит выращивать органы для трансплантации с помощью других млекопитающих. Правда, есть нюанс – организм, используемый в новом эксперименте, является гибридом или химерой и ставит ряд серьезных этических вопросов. Новое исследование, возглавляемое китайским ученым Лянсюэ Лаем, продолжает работу, начатую командой испанского исследователя Хуана Карлоса Исписуа, который в 2017 году объявил о создании эмбрионов человека и свиньи, в которых на каждые 100 000 свиней приходилась всего одна человеческая клетка. Несмотря на “биологические риски, присущие образованию химер, главным правилом подобных экспериментов был запрет на размножение гибридных животных.
Под искусственными мозгами следует понимать органоид, то есть трехмерное скопление мозговых клеток, полученных из модифицированных стволовых клеток. Органоид не является полной копией органа, однако может быть на него похож. Ранее мы рассказывали о том, что человеческий органоид пересадили крысе, после чего он приживался и начал функционировать как часть мозга. Это лишь один из множества экспериментов, подтверждающих, что органоиды могут функционировать подобно мозгу. Теперь же ученые хотят пойти еще дальше. Междисциплинарная группа исследователей предлагает преобразовать органоиды в биологический компьютер, который сможет выполнять сложные вычислительные задачи. Этой области уже даже придумано название — «органоидный интеллект».
Одна из самых удивительных загадок биологии, которую охраняет сама природа — процессы во время развития эмбриона. Они скрыты от посторонних глаз, так как происходят в теле матери. Однако теперь израильские ученые института Вейцмана, похоже, нашли способ как изучить механизмы развития плода более детально. Для этого они создали искусственные эмбрионы мышей. Самое необычное в этом всем, что зародыши были созданы из стволовых клеток, то есть без сперматозоидов, яйцеклетки и оплодотворения. Но и это еще не все — искусственные эмбрионы показали способность жить достаточно длительное время и развивать анатомию, которая полностью соответствует естественной. Ничего подобного ранее добиться ученым не удавалось.
В мультсериале «Футурама» живые головы политиков, ученых и деятелей культуры хранятся в музеях в специальных банках. Но пересадка головы (как и других частей тела) в 3000 году – обычное дело и доктор Зойдберг как-то раз пришивает две головы к одному телу (пока чинит второе). Но возможно ли что-нибудь подобное в будущем? Чтобы ответить на этот вопрос, стоит присмотреться к теме повнимательнее. Ведь когда-то пересадка органов считалась невозможной. И по мере развития медицинской науки в один прекрасный день может состояться пересадка головы. Теоретически подобная операция предполагала бы хирургическое удаление головы у человека с неизлечимой болезнью и присоединение его кровеносных сосудов, мышц, трахеи и пищевода к этим структурам донорского тела. Самая последняя предложенная учеными процедура пересадки головы также включает в себя слияние спинномозговых нервов реципиента и донора. Последующая операция на позвоночнике и, возможно, обширная физиотерапия в идеале могли бы восстановить как ощущения, так и двигательные функции. Однако такие функции, как дыхание и прием пищи, должны временно поддерживаться вентилятором и питательной трубкой, прежде чем связи между мозгом и телом будут адекватно восстановлены.
Ученые из Университета Райса использовали технологию трехмерной печати для создания миниатюрного аналога человеческого легкого. Искусственный орган получился совсем крошечным – не больше монетки, но как отмечает портал Popular Mechanics, в будущем эта революционная модель сможет оказать серьезное влияние на развитие трансплантологии и отхода от дефицита органов, необходимых для трансплантации.
Международная группа ученых под руководством специалистов Университета Британской Колумбии (Канада) вырастила в чашке Петри совершенную трехмерную реплику человеческих кровеносных сосудов, великолепно имитирующую структуру и функции настоящих. Исследователи считают, что достигнутый результат, детали которого описаны в журнале Nature, открывает возможность более эффективно подходить к вопросам разработки терапии различных серьезных заболеваний, таких как диабет.
На борту Международной станции впервые в истории начался эксперимент, в рамках которого на биопринтере будет напечатан миниорган. Результаты эксперимента будут обнародованы в начале 2019 года. Эксперимент поставила лаборатория 3D Bioprinting Solutions. Об этом в среду, 5 декабря, сообщила информационному изданию «РИА Новости» владеющая лабораторией компания «Инвитро».
Ради прорыва наука черпает вдохновение отовсюду. Липкая пластинка с бактериями подарила нам первый антибиотик — пенициллин. Соединение дрожжей с платиновым электродом под напряжением подарило нам мощный химиотерапевтический препарат — цисплатин. Доктор Эндрю Пеллинг из Университета Отттавы черпает свои радикальные идеи из классики научной фантастики «Маленький магазин ужасов». В частности, ему нравится главный антагонист фильма: людоедское растение «Обри-2».
Для производства лекарств и различных продуктов химической и фармацевтической промышленности сегодня используются огромные заводы, на которых происходят сотни химических превращений для создания нужных ингредиентов. Но ведь давно известно, что одна из самых сложноорганизованных «химических лабораторий» находится буквально в каждом их нас — это клетки нашего организма. И, по словам представителей компании Ginkgo Bioworks, производить различные продукты при помощи клеток — не такая уж и плохая затея.
Используя технологии 3D-печати ученые из Университета Миннесоты создали решетку фоторецепторов на полусферической подложке. В перспективе технология позволит создавать с помощью 3D-печати бионические глаза и возвращать зрение полностью ослепшим людям. В будущем бионические глаза, считают исследователи, функционально ничем не будут отличаться от настоящих. А в некоторых случаях, возможно, и превосходить последние.
Мы стоим на пороге необычайного прорыва в области синтетической биологии. CRISPR-Cas9, технология редактирования генома, открытая в 2014 году, находится на передовой этого прорыва. Нам обещают решить проблемы с питанием, болезнями, генетикой и — что самое интересное — модифицировать человеческий геном в лучшую сторону. Сделать нас лучше, быстрее, сильнее, умнее: это шанс переделать нас быстрее, чем опомнится естественный отбор и эволюция.
В настоящее время единственным спасением для пациентов, больных сахарным диабетом, являются регулярные инъекции инсулина. Однако давно ведутся исследования в сфере создания «новой поджелудочной железы» для диабетиков. И недавно ученые из австралийского Университета Вуллонгонга представили новый 3D-биопринтер, способный буквально напечатать пациентам новые клетки необходимого органа.
Инженеры Корнеллского университета разработали программируемую синтетическую кожу. В качестве прототипа новому материалу послужила удивительная возможность осьминогов и каракатиц сливаться с окружающей средой, при попытке спрятаться от более грозных хищников или, напротив, при охоте за своей жертвой. У ученых получился гибкий, растяжимый материл, способный приобретать различные трехмерные формы, сообщает сайт Eurekalert.org.
Американский национальный институт зрения постоянно ищет новые способы борьбы с дефектами зрения и тратит много времени и денег на исследования и разработки. Одной из самых успешных работ за последнее время стало создание живой сетчатки глаза человека с помощью 3D-биопечати.
Нанороботы, способные работать внутри человеческого организма, являются крайне перспективной разработкой. Они могут проводить диагностику, следить за состоянием здоровья людей и даже лечить болезни. Но нечто новое в этой области придумали ученые из Калифорнийского технологического института. Они разработали миниатюрного биоробота, который может «ходить» по поверхности молекулы ДНК и даже перестраивать ее цепь.
Как сообщает редакция журнала Nature, группе генетиков из Гарвардского университета удалось превратить кишечную палочку в своего рода биологический компьютер. На базе бактерии даже создали логическую схему, роль электрических сигналов в которой исполнили молекулы РНК.
Ученые создали искусственные клетки, которые оказались настолько похожими на живые, что это ввело в заблуждение настоящие клетки, рядом с которыми они были помещены, и при этом последние стали пытаться с ними общаться. Такой своеобразный «вариант» теста Тьюринга на клеточном уровне в очередной раз доказывает мнение о том, что когда-нибудь роботы не только смогут обманывать человека, но и будут вполне способны заставить нас думать, что мы общаемся не с машиной, а с себе подобным.
О процессе 3D-печати биологических тканей и даже человеческих органов мы рассказывали вам на страницах нашего сайта неоднократно. Наука за последние несколько лет шагнула далеко вперёд в этой области и сдавать своих позиций не собирается. Именно поэтому Квинслендский технологический университет совместно со специалистами из Metro North Hospital объявили о начале строительства так называемого «Института биофабрикации», сотрудники которого будут сканировать, моделировать и распечатывать на специальных 3D-принтерах необходимые пациентам ткани.