Quantumrun

PILDIKrediit: Quantumrun

Püsivate füüsiliste vigastuste ja puude lõpp: tervise tulevik P4

David Tal, kirjastaja, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Teisipäev, 09 / 15 / 2020 - 05: 38

Püsivate füüsiliste vigastuste lõpetamiseks peab meie ühiskond tegema valiku: kas mängime Jumalat oma inimbioloogiaga või saame osa masinast?

Seni oleme oma Future of Health sarjas keskendunud ravimite tulevikule ja haiguste ravimisele. Ja kuigi haigus on kõige levinum põhjus, miks me oma tervishoiusüsteemi kasutame, võivad harvemad põhjused sageli olla kõige tõsisemad.

Olenemata sellest, kas olete sündinud füüsilise puudega või saanud vigastuse, mis ajutiselt või püsivalt piirab teie liikumisvõimet, on praegu teie ravimiseks kättesaadavad tervishoiuvõimalused sageli piiratud. Meil pole lihtsalt olnud vahendeid vigase geneetika või raskete vigastuste tekitatud kahju täielikuks parandamiseks.

Kuid 2020. aastate keskpaigaks on see status quo pea peale pööratud. Tänu eelmises peatükis kirjeldatud edusammudele genoomi redigeerimises, samuti miniatuursete arvutite ja robootika edusammudele saavad ajastu püsivad füüsilised vaegused lõpu.

Inimene kui masin

Kui rääkida füüsilistest vigastustest, millega kaasneb jäseme kaotus, siis on inimestel üllatavalt mugav kasutada masinaid ja tööriistu liikuvuse taastamiseks. Kõige ilmsem näide, proteesimine, on olnud kasutusel aastatuhandeid, millele on tavaliselt viidatud Vana-Kreeka ja Rooma kirjanduses. 2000. aastal avastasid arheoloogid 3,000-aastase, mumifitseeritud säilmed Egiptuse aadlinaisest, kes kandis puidust ja nahast valmistatud varvasproteesi.

Arvestades seda pikka ajalugu, mil meie leidlikkust on kasutatud teatud füüsilise liikuvuse ja tervise taastamiseks, ei tohiks olla üllatav, et moodsa tehnoloogia kasutamine täieliku liikuvuse taastamiseks on teretulnud ilma vähimagi protestita.

Nutikas proteesimine

Nagu eespool mainitud, on proteesimise valdkond küll iidne, kuid ka selle areng on olnud aeglane. Viimastel aastakümnetel on nende mugavus ja elutruu välimus paranenud, kuid alles viimase pooleteise aastakümne jooksul on selles valdkonnas tehtud tõelisi edusamme kulude, funktsionaalsuse ja kasutatavuse osas.

Näiteks kui kunagi maksis kohandatud proteesimine kuni 100,000 XNUMX dollarit, saavad inimesed nüüd kasutage kohandatud proteeside ehitamiseks 3D-printereid (mõnel juhul) vähem kui 1,000 dollari eest.

Jalaproteeside kandjatele, kellel on raske loomulikult kõndida või trepist üles ronida, uued ettevõtted kasutavad biomimikri valdkonda, et ehitada proteese, mis pakuvad nii loomulikumat kõndimis- kui jooksmiskogemust, vähendades samas ka nende proteeside kasutamiseks vajalikku õppimiskõverat.

Teine probleem jalgade proteesidega on see, et kasutajatel on sageli valus neid pikema aja jooksul kanda, isegi kui need on eritellimusel valmistatud. Seda seetõttu, et raskust kandvad proteesid sunnivad amputeeritu nahka ja liha kännu ümber purustama luu ja proteesi vahele. Üks võimalus selle probleemi lahendamiseks on paigaldada mingi universaalne pistik otse amputeeritava luusse (sarnane silma- ja hambaimplantaatidega). Nii saab jalaproteesid otse luusse kruvida. See eemaldab lihasvalu korral naha ja võimaldab amputeeritaval osta mitmeid masstoodetud proteese, mida ei pea enam masstootma.

Kuid üks põnevamaid muudatusi, eriti käe- või käeproteesidega amputeeritute puhul, on kiiresti areneva tehnoloogia, mida nimetatakse Brain-Computer Interface'iks (BCI), kasutamine.

Aju jõul töötav biooniline liikumine

Esmakordselt arutatud meie Arvutite tulevik seeria hõlmab BCI implantaadi või ajuskaneerimisseadme kasutamist ajulainete jälgimiseks ja nende seostamiseks käskudega, et juhtida kõike, mida arvuti juhib.

Tegelikult poleks te võib-olla sellest aru saanud, kuid BCI algus on juba alanud. Nüüd on amputeeritud roboti jäsemete testimine mida juhib otse mõistus, mitte kandja kännu külge kinnitatud andurite kaudu. Niisamuti on praegu raske puudega inimesed (nagu neliliigsed). kasutades BCI-d oma mootoriga ratastoolide juhtimiseks ja manipuleerida robotkätega. 2020. aastate keskpaigaks saab BCI-st standard, mis aitab amputeeritutel ja puuetega inimestel iseseisvamalt elada. Ja 2030. aastate alguseks on BCI piisavalt arenenud, et võimaldada selgroovigastustega inimestel uuesti kõndida, edastades oma kõndimismõtete käsklused torso alaosale. seljaaju implantaat.

Muidugi pole nutikate proteeside valmistamine kõik, mille jaoks tulevasi implantaate kasutatakse.

Nutikad implantaadid

Nüüd katsetatakse implantaate, et asendada terveid elundeid, mille pikaajaline eesmärk on kaotada patsientide ooteaeg doonori siirdamise ootel. Kõige enam räägitud elundiasendusseadmetest on biooniline süda. Turule on tulnud mitu disaini, kuid kõige lootustandvamate seas on a seade, mis pumpab verd mööda keha ilma pulsita … annab kõndivatele surnutele täiesti uue tähenduse.

Samuti on olemas täiesti uus implantaatide klass, mis on loodud inimese sooritusvõime parandamiseks, selle asemel, et lihtsalt kedagi tervislikku seisundisse viia. Seda tüüpi implantaate käsitleme meie artiklis Inimese evolutsiooni tulevik seeria.

Kuid mis puudutab tervist, siis viimane implantaaditüüp, mida me siin mainime, on järgmise põlvkonna tervist reguleerivad implantaadid. Mõelge neile kui südamestimulaatoritele, mis jälgivad aktiivselt teie keha, jagavad teie biomeetriat teie telefoni terviserakendusega ja kui ta tunneb haiguse algust, vabastab see teie keha tasakaalustamiseks ravimeid või elektrivoolu.

Kuigi see võib tunduda ulmelisena, töötab DARPA (USA sõjaväe arenenud teadusharu) juba projektiga, mille nimi on ElectRx, lühend sõnadest Electrical Prescriptions. Neuromodulatsioonina tuntud bioloogilisel protsessil põhinedes jälgib see pisike implantaat keha perifeerset närvisüsteemi (närve, mis ühendavad keha aju ja seljaajuga) ning kui see tuvastab tasakaalustamatuse, mis võib viia haiguseni, vabastab see elektrivoolu. impulsid, mis taastavad selle närvisüsteemi tasakaalu ja stimuleerivad keha ennast paranema.

Nanotehnoloogia ujub läbi teie vere

Nanotehnoloogia on tohutu teema, millel on rakendusi väga erinevates valdkondades ja tööstusharudes. Põhimõtteliselt on see lai mõiste mis tahes teaduse, inseneriteaduse ja tehnoloogia jaoks, mis mõõdab, manipuleerib või ühendab materjale skaalal 1 ja 100 nanomeetrit. Allolev pilt annab teile ülevaate nanotehnoloogia töö mastaabist.

Tervise kontekstis uuritakse nanotehnoloogiat kui vahendit, mis võib tervishoius revolutsiooni teha, asendades 2030. aastate lõpuks täielikult ravimid ja enamiku operatsioone.

Teisisõnu, kujutage ette, et võite võtta parimad meditsiiniseadmed ja teadmised, mida on vaja haiguse raviks või operatsiooni tegemiseks ning kodeerida see soolalahuse annuseks – annuseks, mida saab hoida süstlas, tarnida kõikjale ja süstida kõigile, kes seda vajavad. arstiabist. Kui see õnnestub, võib see kõik, mida selle sarja kahes viimases peatükis käsitlesime, aegunud.

Ido Bachelet, juhtiv kirurgilise nanorobootika uurija, ettekujutused päev, mil väike operatsioon tähendab lihtsalt, et arst süstib teie keha sihtpiirkonda miljardite eelprogrammeeritud nanobotidega täidetud süstla.

Need nanobotid leviksid seejärel läbi teie keha, otsides kahjustatud kudesid. Kui nad on leitud, kasutaksid nad ensüüme, et lõigata kahjustatud koerakud tervetest kudedest eemale. Seejärel stimuleeritakse keha terveid rakke nii kahjustatud rakke kõrvaldama kui ka kahjustatud koe eemaldamisel tekkinud õõnsuse ümber asuvat kudet regenereerima. Nanobotid võivad isegi sihtida ja maha suruda ümbritsevaid närvirakke, et tuhmistada valusignaale ja vähendada põletikku.

Seda protsessi kasutades saab neid nanoboteid rakendada ka erinevate vähivormide, aga ka erinevate viiruste ja võõrbakterite ründamiseks, mis võivad teie keha nakatada. Ja kuigi need nanobotid on veel vähemalt 15 aasta kaugusel laialdasest meditsiinilisest kasutuselevõtust, on selle tehnoloogia kallal juba palju tööd. Allolev infograafik kirjeldab, kuidas nanotehnoloogia saaks ühel päeval meie keha ümber kujundada (via ActivistPost.com):

Taastav meditsiin

Kasutades katusterminit, regeneratiivne meditsiinSelles teadusharus kasutatakse koetehnoloogia ja molekulaarbioloogia valdkondi kuuluvaid tehnikaid haigete või kahjustatud kudede ja elundite funktsiooni taastamiseks. Põhimõtteliselt soovib regeneratiivne meditsiin kasutada teie keharakke enda parandamiseks, selle asemel, et asendada või täiendada teie keharakke proteeside ja masinatega.

Mõnes mõttes on selline lähenemine tervendamisele palju loomulikum kui ülalkirjeldatud Robocopi võimalused. Kuid arvestades kõiki proteste ja eetilisi muresid, mida oleme viimase kahe aastakümne jooksul GMO-toidu, tüvirakkude uurimise ja viimati inimese kloonimise ja genoomi redigeerimise üle tõstatanud, on aus öelda, et regeneratiivne meditsiin põrkub tugeva vastuseisuga.

Kuigi neid muresid on lihtne otsekohe kõrvale heita, on tegelikkus see, et avalikkusel on tehnoloogiast palju intiimsem ja intuitiivsem arusaam kui bioloogiast. Pidage meeles, et proteesimine on olnud aastatuhandeid; genoomi lugemise ja redigeerimise võimalus on olnud võimalik alles alates 2001. aastast. Seetõttu eelistavad paljud inimesed saada pigem küborgiks, kui lasta oma "jumala antud" geneetikaga nokitseda.

Sellepärast loodame avaliku teenusena, et allolev regeneratiivse meditsiini tehnikate lühiülevaade aitab eemaldada häbimärgistamise Jumala mängimise ümber. Kõige vähem vaidlusi tekitanud järjekorras:

Kuju muutvad tüvirakud

Tõenäoliselt olete viimastel aastatel tüvirakkudest palju kuulnud, sageli mitte just kõige paremas valguses. Kuid aastaks 2025 hakatakse tüvirakke kasutama mitmesuguste füüsiliste seisundite ja vigastuste ravimiseks.

Enne kui me selgitame, kuidas neid kasutatakse, on oluline meeles pidada, et tüvirakud asuvad meie keha igas osas ja ootavad, et nad saaksid kahjustatud koe parandada. Tegelikult pärinesid kõik 10 triljonit rakku, mis moodustavad meie keha, nendest algsetest tüvirakkudest teie ema üsast. Kui teie keha kujunes, spetsialiseerusid need tüvirakud ajurakkudeks, südamerakkudeks, naharakkudeks jne.

Tänapäeval suudavad teadlased muuta peaaegu iga rakurühma teie kehas tagasi algsetesse tüvirakkudesse. Ja see on suur asi. Kuna tüvirakud on võimelised muutuma teie keha mis tahes rakuks, saab neid kasutada peaaegu kõigi haavade ravimiseks.

Lihtsustatud näide Tüvirakkude töö käigus võtavad arstid põletusohvrite nahaproove, muudavad need tüvirakkudeks, kasvatavad Petri tassis uue nahakihi ja kasutavad seda äsjakasvanud nahka patsiendi põlenud naha siirdamiseks/asendamiseks. Kõrgemal tasemel testitakse praegu tüvirakke ravina ravida südamehaigusi ja isegi ravib parapleegikute seljaaju, mis võimaldab neil uuesti kõndida.

Kuid üks nende tüvirakkude ambitsioonikamaid kasutusviise kasutab äsja populaarseks saanud 3D-printimise tehnoloogiat.

3D bioprintimine

3D-bioprintimine on 3D-printimise meditsiiniline rakendus, mille käigus prinditakse eluskudesid kihthaaval. Ja selle asemel, et kasutada tavalisi 3D-printereid plasti ja metalle, kasutavad 3D-bioprinterid ehitusmaterjalina (arvate ära) tüvirakke.

Tüvirakkude kogumise ja kasvatamise üldine protsess on sama, mis põletusohvri näite puhul kirjeldatud. Kui aga on kasvatatud piisavalt tüvirakke, saab need seejärel 3D-printerisse sisestada, et moodustada enamik 3D-orgaanilisi kujundeid, nagu asendusnahk, kõrvad, luud ja eelkõige trükiorganid.

Need 3D-prinditud elundid on koetehnoloogia arenenud vorm, mis kujutab endast orgaanilist alternatiivi varem mainitud tehisorganite implantaatidele. Ja nagu need tehisorganid, vähendavad need trükitud elundid ühel päeval elundidoonorluse puudust.

Sellegipoolest pakuvad need trükitud elundid täiendavat kasu ka farmaatsiatööstusele, kuna neid trükitud organeid saab kasutada täpsemate ja odavamate ravimi- ja vaktsiiniuuringute jaoks. Ja kuna need elundid on trükitud patsiendi enda tüvirakke kasutades, väheneb oht, et patsiendi immuunsüsteem lükkab need elundid tagasi, võrreldes inimeste, loomade ja teatud mehaaniliste implantaatidega annetatud organitega.

Tulevikus, 2040. aastateks, prindivad täiustatud 3D-bioprinterid terveid jäsemeid, mida saab uuesti amputeeritute kännu külge kinnitada, muutes seeläbi proteesimine aegunuks.

Geeniteraapia

Geeniteraapia abil hakkab teadus loodust rikkuma. See on ravivorm, mis on mõeldud geneetiliste häirete korrigeerimiseks.

Lihtsalt seletatuna hõlmab geeniteraapia teie genoomi (DNA) sekveneerimist; seejärel analüüsitakse, et leida defektsed geenid, mis põhjustavad haigust; seejärel muudeti/redigeeriti, et asendada need defektid tervete geenidega (tänapäeval kasutades eelmises peatükis selgitatud CRISPR-i tööriista); ja seejärel viige need nüüd terved geenid oma kehasse tagasi, et nimetatud haigust ravida.

Kui geeniteraapia on täiustatud, saab seda kasutada mitmesuguste haiguste, nagu vähk, AIDS, tsüstiline fibroos, hemofiilia, diabeet, südamehaigused ja isegi teatud füüsilised puuded, nagu vähk, AIDS. kurtus.

Geenitehnoloogia

Geenitehnoloogia tervishoiurakendused sisenevad tõelisele halli alale. Tehniliselt öeldes on tüvirakkude arendamine ja geeniteraapia ise geenitehnoloogia vormid, kuigi kerged. Enamikke inimesi puudutavad geenitehnoloogia rakendused hõlmavad aga inimeste kloonimist ning disaineribeebide ja üliinimeste kujundamist.

Need teemad jätame meie Future of Human Evolution sarja. Kuid selle peatüki jaoks on üks geenitehnoloogia rakendus, mis ei ole nii vastuoluline … noh, kui te pole vegan.

Praegu töötavad sellised ettevõtted nagu United Therapeutics geneetiliselt muundatud sead organitega, mis sisaldavad inimese geene. Nende inimgeenide lisamise põhjus on vältida nende seaorganite hülgamist inimese immuunsüsteemi poolt, kellele need on siirdatud.

Kui see on edukas, saab kariloomi kasvatada, et varustada peaaegu piiramatul hulgal asendusorganeid loomalt inimesele siirdamiseks. See kujutab endast alternatiivi ülaltoodud tehis- ja 3D-prinditud elunditele, mille eeliseks on see, et see on tehisorganitest odavam ja tehniliselt kaugemal kui 3D-prinditud elundid. Sellegipoolest tagab inimeste arv, kellel on eetilistel ja religioossetel põhjustel selle elunditootmise vormi vastu, tõenäoliselt selle, et see tehnoloogia ei lähe kunagi tõeliselt peavoolu.

Ei mingeid füüsilisi vigastusi ja puudeid

Arvestades äsja käsitletud tehnoloogiliste ja bioloogiliste töötlemismeetodite pesuloendit, on tõenäoline, et püsiv füüsilised vigastused ja puuded lõpevad hiljemalt 2040. aastate keskpaigaks.

Ja kuigi konkurents nende diametraalsete ravimeetodite vahel ei kao kunagi, on nende ühine mõju inimeste tervishoius tõeline saavutus.

Muidugi pole see kogu lugu. Praeguseks on meie tervisesari Future of Health uurinud prognoositud plaane haiguste ja füüsiliste vigastuste kõrvaldamiseks, kuid kuidas on lood meie vaimse tervisega? Järgmises peatükis arutleme, kas suudame oma meelt ravida sama lihtsalt kui keha.