НАНОМЕДИЦИНА

За нашим здоровьем будут следить невидимые глазу роботы

      Мы уже неоднократно писали о применении наноботов и наночастиц в различных сферах человеческой жизни. С их помощью планируют создать супероружие, от которого не будет спасения. Это будет новое средство производства – маленькие трудяги станут привычными во всех сферах человеческой жизни. Сегодня расскажем о медицине будущего. По прогнозам ученых, уже в ближайшие 10 лет нанороботы – крошечные механизмы размером 0,000000001 метра – станут решать абсолютно все проблемы в человеческом организме, вплоть до уничтожения раковых клеток и предотвращения старения и смерти.

Нанобойцы против рака

      Несмотря на ряд успешных исследований в области лечения злокачественных опухолей, они все еще остаются серьезной проблемой. Теоретически ученые знают способы уничтожения раковых клеток – но вот как сделать воздействие лекарств и процедур точечным? Распространенные методы – химиотерапия и облучение – бьют без разбору и «по своим», и «по чужим», так что лечение приносит больше вреда, чем пользы.

      Иное дело нанороботы. Например, учеными берлинского университета Шарите сейчас проводятся опыты по бомбардировке смертоносных клеток наночастицами оксида железа, способного проникать в раковые клетки и не затрагивать здоровые. Было замечено: если эти частицы поместить в магнитное поле, меняющее полярность 100 тыс. раз в секунду, они моментально нагреваются. Именно это свойство ученые и решили использовать. Достигнув температуры 45 градусов по Цельсию, наночастицы повышают эффективность лучевой и химиотерапии. А уже при 75 градусах начинают убивать рак самостоятельно.

      Свою «войну» с раком развязали и военные. Началась она с появлением оригинальной технологии «Целевая нанотерапевтика», разработанной компанией «Triton BioSystems» совместно с исследовательской лабораторией армии США. Изначально, правда, цель исследований была не такой уж мирной: система предназначалась для восстановления поврежденной брони прямо на поле боя. Теперь же вместо «лечения» военной техники наноботы займутся спасением людей.

      Технология их работы такова: пациент получает инъекцию, содержащую множество датчиков – крошечных магнитов. Они проникают в лейкоциты – кровяные тельца, защищающие нас от инфекции. Если эти клетки противостоят инфекции или вредному воздействию окружающей среды, их белковая структура меняется. Наноботы реагируют на эти изменения и начинают светиться. Помеченные таким образом лейкоциты проходят через капилляры глазного дна, где их легко обнаружить. Специальный прибор всего за 15 секунд регистрирует свечение на сетчатке глаза.

      Затем, перемещаясь с кровотоком, наноботы находят раковые клетки и прикрепляются к ним. Врач включает магнитное поле в области опухоли, которое заставляет биодатчики нагреваться, убивая раковые клетки за несколько минут.

      Метод доктора Джеймса Бейкера предполагает вживление в тело человека сенсоров на основе дендримеров – уникальных полимеров, форма которых может быть задана при химическом синтезе. Размер такого датчика – 5 нанометров. 

      Еще один интересный метод разрабатывается в Израиле. Эхад Шапиро из института Вайзмана придумал наноботов в виде коротких цепочек ДНК, способных не только диагностировать, но и лечить болезнь. Раковые клетки имеют высокую концентрацию так называемых рибонуклеиновых кислот определенного вида. Именно по ним ДНК-бойцы должны определять врага. Каждый нанобот представляет собой и исследователя, находящего пораженные раком клетки, и борца с опухолью, несущего в себе лекарство. Именно оно подавляет ген, способствующий развитию болезни. Сегодня ДНК-роботы уже могут определять клетки рака простаты и легких.

     Нанобойцы будут маскироваться под вирус

      У диабетиков, а также у больных тромбофлебитом – тяжелым заболеванием, связанным с закупоркой сосудов, существует серьезная проблема – трофические язвы. Закупорка сосуда приводит к нарушению притока крови и отмиранию ткани. Результатом может стать потеря конечности.

      В этой ситуации помогут наноботы. Для того чтобы спасти человека, нужно ввести ему ген, ответственный за формирование сосудов. Дело в том, что у больных диабетом или тромбофлебитом он не работает. Правда, ген не таблетка – просто проглотить его нельзя. Однако ученые предложили выход – цепочка ДНК, несущая нужную информацию, сворачивается до размеров наночастицы и маскируется под вирус. Делается это вот почему: клетки нашего организма имеют свойство захватывать вирусы – именно потому частицы так легко распространяются. «Ряженый» ген попадает в клетку и проникает в ядро. Там с него будет считана информация, и организм получит команду – растить новые сосуды. 

      В результате через 8 недель вместо ампутации пораженной конечности человек поправляется и возвращается к полноценной жизни.

      

     Наномедицина и бессмертие

      Считается, что наноботы способны сделать человека бессмертным. Причем они могут защитить не только от старости, но и от физических повреждений, ядов и множества других опасностей. Эффективность зависит лишь от того, насколько быстро невидимые спасатели смогут реагировать на воздействие. 

      По прогнозам ученых, старость они победят к 2050 году. Именно тогда планируется создать управляемый или программируемый наноманипулятор, способный клепать нанороботов одного за другим. 

      Работать система будет приблизительно так. Дрейфующие в организме человека в сумасшедшем количестве нанороботы вдруг замечают сбой в цепочке ДНК. Тревога! Это первый признак того, что их носитель – человек начнет быстро стариться.

      Крошечные роботы пытаются выяснить, в чем причина нарушения и устранить ее. Если это не удается, они связываются с главным компьютером, который может быть расположен где угодно – некоторые оптимисты даже рассчитывают, что всеми наноботами на Земле сможет управлять единый Центральный Медицинский компьютер. 

      Так или иначе, получив указание из центра управления, частицы начинают искать белок, ответственный за старение, а найдя, нейтрализуют его. В результате состариться удастся всего 2–3 поколениям клеток, и вы сможете всегда выглядеть на 20–30 лет. 

      

     Из теории наномедицины

      Ученые в один голос твердят, что место привычной нам медицины скоро займут нанотехнологии. Хотя вообще-то это очень широкое понятие. Аналитик института по молекулярному производству IMM Роберт Фрейтас предлагает следующее определение наномедицины: «Слежение, исправление, генетическая коррекция и контроль биологических систем организма человека на молекулярном уровне, используя наноустройства, наноструктуры и информационные технологии». Все это умные слова, фактически же речь идет о крошечных аппаратах, которые будут определять болезнь и лечить ее. 

      Современная наука рассматривает три типа медицинских наноботов, появление которых уже не за горами.

      Первый – вручную собранные из атомов. Для того чтобы это стало возможно, необходимы очень совершенные микроскопы. Это проще, чем кажется: сделать их можно на основе существующих, например, тоннельного или атомного. Ведь еще в 1990 году логотип компании IBM был выложен на никелевой подложке 35 атомами ксенона.

      Второй тип наноботов – химические. Они будут созданы при помощи химического синтеза и спроектированы так, что начнут самостоятельно размножаться в специальном растворе.

      Третий тип – биохимические. Под ним понимают использование рибосом – частиц, расположенных внутри клетки и способных синтезировать белок. 

      Второй вопрос заключается в том, как микроскопические механизмы будут попадать в наш организм. Самый простой способ – вводить их в кровь при помощи шприца. Но у него есть серьезные недостатки: во-первых, препарат окажется не только возле больного органа, а распространится по всему телу, во-вторых, начнет действовать не сразу. Так что специалисты предложили альтернативный вариант – вводить наноботы через кожу. Уже сейчас разработано несколько молекулярных конструкций, способных переправить лекарство в организм таким образом.

      А вот ученые Крис Феникс и Роберт Фрайтас предложили пойти в использовании наноботов еще дальше – создать «робокровь» («Roboblood»). Иными словами, заполнить нашу кровь наноботами. Каждый из них, как и кровяные тельца, будет иметь свою специализацию и выполнять определенную функцию. 

      Микрофагоциты – это аналог иммунных клеток нашего организма. Они не позволят никакой инфекции повредить человеку. Их задача – очищение крови от вредных микроорганизмов. Кроме того, они ускоряют свертывание крови и стимулируют транспорт кислорода и углекислого газа. Таким образом, в довесок к защитной системе, данной нам природой, мы получим еще одну, искусственно созданную, гораздо более совершенную, чем естественная. Микрофагоциты будут оставлять после своей «работы» гораздо меньше отходов, чем иммунные клетки. 

      Респироциты – аналог красных кровяных телец эритроцитов. Вот только в отличие от них наноботы помогут снизить нашу потребность в кислороде. Для людей, страдающих астмой, – это спасение жизни, для пловцов и бегунов – новый рекорд. 

      Клоттоциты – замена тромбоцитов, клеток, свертывающих кровь и закупоривающих раны. Понятно, что работать они будут гораздо эффективнее своих естественных коллег – кровь будет останавливаться за одну секунду. Клоттоциты будут доставлять к ране «сеть», связывающую кровяные тельца. Также они смогут очищать кровь от лишних тромбоцитов, не позволяя закупориваться сосудам.

      Васкулоид – это клетка-протез. Ее функция – заменять поврежденные клетки робокрови.

     Наноботы в космосе

      НАСА тоже решило внести свой вклад в развитие медицины. Агентство считает, что именно наноботы помогут людям в борьбе с радиацией. Метод, предложенный учеными агентства, крайне занимателен.

      Дело в том, что наши клетки могут обмениваться информацией. Естественно, не словесно. Они «общаются» при помощи специальных молекул, расположенных во внешних мембранах своих хозяек и выступающих в роли сигнальных флагов.

      Так вот, поврежденные радиацией клетки вывешивают на внешнюю оболочку маркер CD-95, а ученые пытаются подобрать такую молекулу, которая, «завидев» этот сигнал, смогла бы присоединиться к «раненой» и оказать ей скорую помощь. Или уничтожить, если урон велик – выпустить наночастицы, запускающие механизм самоуничтожения клетки, чтобы не позволить распространиться поражающему фактору.

      Если же уничтожения можно избежать, то наноботы помогут восстановить ДНК, чтобы клетка нормально функционировала дальше.

      Есть у команды, работающей над проблемой, и еще одна идея. На этот раз – связанная с диагностикой радиационного повреждения. Предполагается, что в этом будут помогать светящиеся молекулы. Они смогут менять свою яркость и цвет в зависимости от тяжести заболевания. Увидеть, какого они цвета, можно будет, сняв в темноте изображение сетчатки человеческого глаза.

     Нанотехнологии сегодня

      А вот это уже – не дальние перспективы, а самая что ни на есть сегодняшняя реальность. Уже сейчас вовсю используются так называемые наносомы. Правда, не в медицине, а… в косметологии – микроскопические контейнеры идеально приспособлены, чтобы доставлять полезные вещества в глубокие слои кожи. 

      Например, внутрь такого контейнера помещается витамин Е. Как только наносома углубляется в кожу, оболочка распадается и витамин усваивается гораздо лучше, чем если бы он остался на поверхности. Эту технологию применяют при изготовлении кремов. Причем придумана она не вчера. Ее используют уже два десятка лет. 

      Сегодня косметологи переходят к созданию нанокомплексов – веществ с заранее заданными свойствами. Принцип их действия таков – измельченные до наноразмеров вещества группируются в зависимости от того, для какого типа кожи они предназначены. Компоненты измельчают – это позволяет им лучше взаимодействовать с нашим организмом. Дело в том, что клетки воспринимают мелкие частицы как родственные. 

      Кстати, именно благодаря способности клеток захватывать вещества разработан еще один метод диагностики рака. Правда, тут используются макрофаги – клетки, пожирающие инородные элементы в организме. Они, как правило, группируются вокруг раковых опухолей. Так вот, пациенту в кровь вводят раздробленные до наноразмеров кусочки железа. Естественно, макрофаги начинают захватывать посторонний элемент – и тут же становятся магнитными. Теперь их может обнаружить аппарат, который видит все ядерно-магнитные вещества. По скоплению же макрофагов врач определяет, есть ли опухоль и где она находится.

      Еще одно поле применения нанотехнологий сегодня касается челюстно-лицевой хирургии. Тут применяют пептиды – маленькие белки. Производством препаратов на их основе занимается «Академия научной красоты» Андрея Сорокина. Правда, при этом им приходится сталкиваться с трудностями, далекими от науки. «Например, сейчас, когда мы выпустили линию VIVAX DENT – она, кстати, дает поразительные результаты, стоматологи отмечают, что при обычных операциях челюстно-лицевой хирургии заживление идет в два три раза быстрее. И когда мы даем обычные рекламные фразы, что это все благодаря нанотехнологиям, антимонопольный комитет требует снять именно эту фразу и не писать, что этот продукт произведен с помощью нанотехнологий. Чтобы мы это рекламировали точно «так же, как все». Но если это «не так, как все», это не должно так же рекламироваться. Вот и ждем, пока наш комитет по нанотехнологиям даст определения, где можно говорить о применении нанотехнологий, а где нет. А нанотехнологии – они бывают химические, направленные на химическое изменение веществ, физическое изменение, и в нашем случае это биологическое, т.е. поведенческое изменение определенных клеток», – рассказывает сам Сорокин.

      

     Наноужасы

      Стоит ли удивляться, что во всеобщем радостном хоре, предвещающем появление волшебных нанороботов, слышны и скептические ноты. Одни говорят, что все это слишком дальние перспективы. Другие, напротив, соглашаются, что появление нанороботов – дело ближайших 10 лет… вот только для человечества это гибель. Ведь если сообщество невидимых глазу роботов выйдет из-под контроля, они могут натворить немыслимых бед, по сравнению с которыми «Терминатор» покажется веселой сказкой.

      Есть свои ужастики и в наномедицине. На эту тему в Голливуде даже был снят фильм. Больному раком человеку вводят сыворотку, содержащую экспериментальных наноботов. Те справляются с опухолью в рекордные сроки, а потом… решают дополнить показавшееся им несовершенным человеческое тело. Сначала они создают глаза на затылке, потом ядовитые стрекала для защиты, ну и так далее…

      Насколько все это возможно в реальности? Наверное, возможно. В принципе, медицинский нанобот, который поможет нам достичь бессмертия, должен быть полностью автономен. А если он вдобавок будет наделен возможностью воспроизводить себя, то остановить взбесившихся борцов за здоровье будет ох как непросто.

      Однако на деле не допустить этой опасности – проще простого. Даже самым сложным наноботам вовсе незачем давать интеллект и свободу воли. Достаточно научить их решать список ограниченных задач. Вот и все.

     Кстати, в институте Вайзмана занимаются и другими интересными вещами. Например, израильским ученым удалось разработать метод частичного стирания памяти. Помните, как в фильме «Люди в черном»: вспышка – и человек не помнит последних 10 минут своей жизни. Хотя на самом деле изменения могут быть и гораздо более серьезными. Пока опыты ставят на крысах и рыбах. Если ученым удастся подтвердить безопасность препарата для человека, это может стать прорывом в лечении многих психических болезней.

     Исследователи из университета Калифорнии в Лос-Анжелесе добавили в «лексикон» клеток новое слово. Они привили подопытным клеткам особый генный модуль, стимулирующий выработку светящегося белка. Затем в результате генной модификации их «научили» реагировать на выделяемое им вещество. Теперь после всех этих манипуляций одна клетка может дать другой команду светиться. Причем при изменении кислотности окружающей среды они начинают светиться либо более ярко, либо более тускло.