Наномедицина: роботы внутри нас

Валерий Спиридонов, первый кандидат на пересадку головы, рассказывает о том, как наномашины помогут человеку стать сильнее, здоровее и приобрести новые способности.

— В середине 1990-х годов среди школьников был популярен фантастический мультфильм "Волшебный школьный автобус". Часть его серий была посвящена уменьшению автобуса с пассажирами до наноуровня и его проникновению в организм человека для борьбы с вирусами и бактериями "лицом к лицу".

Тогда это казалось мне всего лишь интересной выдумкой. Но спустя пару десятилетий мир настолько изменился, что лечение болезней на уровне молекул уже воспринимается как настоящая и завтрашняя реальность.

Открытие наномира

Фундаментом для формирования наномедицины послужили молекулярная химия и физика. Первые упоминания об исследованиях на уровне атомов встречаются в работах Исаака Ньютона. Еще в 1704 году Ньютон выражает надежду в своей книге Opticks, что микроскопы будущего помогут исследовать "тайны корпускул". Микроскопы же того времени еще не позволяли изучать образцы материи на наноуровне.

Само понятие наномедицины сформулировал Роберт Фрайтас, аналитик института IMM и признанный специалист с мировым именем в этой области. По его словам, "наномедицина — это слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне с использованием искусственных наночастиц и наноустройств".

Пока наномедицина является лишь экспериментальной областью науки, но уже сегодня начинают появляться первые образцы лекарств и терапий, которые врачи применяют для лечения реальных болезней.

Врачи-нанороботы

Взамен традиционных таблеток и инъекций приходят крошечные роботы, сопоставимые по размерам с молекулами. Когда такие машины попадают в организм, они проводят диагностику, находят причину развития болезни и отправляются к тому органу, который нуждается в помощи и очередной порции лекарства.

Существует несколько разновидностей таких машин — часть из них убивает раковые клетки и бактерии, другие занимаются анализами и следят за состоянием организма, а третьи — проводят настоящие хирургические операции на молекулярном уровне.

Создание таких медицинских роботов оказалось крайне сложной задачей — ученым пришлось понять, как можно научить их ориентироваться в пространстве, как обеспечить энергией и как заставить двигаться по прямой линии.

К примеру, движением таких роботов сегодня ученые управляют при помощи ультразвука, магнитных и электрических полей, тепла и более экзотических форм электромагнитных и иных волн.

Их батарейкой сегодня могут служить как молекулы сахаров и других веществ внутри тела человека, так и различные внешние источники энергии, такие как "жало" электронного микроскопа или излучатели различных диагностических устройств. Их двигателем могут выступать различные органические и неорганические наночастицы, меняющие свою форму и положение при приложении магнитных полей или при взаимодействии с разными молекулами.

Такие роботы в будущем смогут решать самые разные задачи, начиная с удаления тромбов и холестериновых бляшек и заканчивая "сшиванием" сосудов и остановкой кровотечений.

Робот-хирург

Необходимость разработки роботов-хирургов продиктована прежде всего дефицитом квалифицированных специалистов. Мини-хирург Smart Tissue (STAR), созданный в 2016 году группой ученых из университета Джона Хопкинса (США), провел ряд успешных операций на живых свиньях по сшиванию участков тонкого кишечника.

STAR вводится пациенту через рот и проводит операции без единого разреза на коже. Он получает данные от системы флуоресценции, печати изображений в 3D и датчика давления. План же самой операции программируется через компьютер.

ДНК-нанороботы

Помимо починки отдельных клеток, сосудов и тканей, нанороботы смогут и устранять генетические нарушения, напрямую редактируя структуру нитей ДНК.

Пока такие машины только разрабатываются, и ученым из Калифорнийского технологического института недавно удалось создать наноробота, способного распознавать отдельные нити ДНК и использовать их в качестве ориентиров при сортировке микроскопических грузов. В будущем подобные машины смогут распознавать поврежденные участки генов и заменять их на "правильные" последовательности генетических букв-нуклеотидов.

Кроме того, химики из Манчестерского университета разработали первого в мире молекулярного робота, способного собирать другие молекулы. Он состоит из 150 атомов углерода, водорода, кислорода и азота, и его более продвинутые версии могут в будущем послужить основой для целых молекулярных фабрик и сборочных линий.

Регенерация тканей

В будущем такие роботы смогут не только "чинить" организм, но и защищать его от повреждений. Недавно ученым из Гарварда удалось создать наноткань, способную восстанавливать свою структуру после серьезных повреждений.

Кроме того, нанотехнологии могут дать человеку способность регенерировать свои собственные клетки и ткани.

Недавно ученые из университета Огайо создали наномашину, способную доставлять в клетки специальный набор генов и белков, который "перепрограммирует" их и заставляет превратиться в стволовые клетки, способные делиться, залечивать раны и восстанавливать поврежденные органы и ткани.

Диагностика

Другое важное направление — использование наночипов в диагностике заболеваний. Наноимпланты, недавно созданные учеными, могут собирать сведения о состоянии здоровья пациента и отправлять данные на компьютер, находясь внутри его тела. К примеру, наночип, находящийся в мозге, может анализировать уровень его активности и предпринимать меры при наступлении эпилепсии.

Кроме того, подобные чипы смогут проникать внутрь плода в утробе матери и проводить сверхраннюю диагностику различных наследственных болезней, которая поможет родителям понять, как можно спасти жизнь ребенка или избавить его от проблем в тот момент времени, когда такое вмешательство еще возможно.

Управление через смартфон

Пока такими роботами можно управлять, находясь в специализированных лабораториях и клиниках. В будущем инженеры создадут более удобные системы контроля, которые позволят всем людям "дирижировать" работой таких наноботов, используя смартфон или другой гаджет. Пациент сможет получать отчеты о своем состоянии, вносить изменения в работу наномашин и отслеживать статистику по эффективности лечения.

Безграничный и удивительный наномир открывает свои тайны благодаря новейшим достижениям науки. Предвкушая грандиозные возможности для человечества, ученые приближают наступление новой эпохи наномедицины.

Наномедицина позволит добиться максимального качества медицинской помощи с моментальным реагированием на проблемы организма и их предупреждением. При этом не будут страдать другие органы и ткани и процедуры станут безболезненными. И таким образом, как мне кажется, удастся существенно повысить продолжительность и качество жизни людей. А возможно, даже приблизиться к самой невероятной цели — бессмертию человека.