Quantumrun

KREDIT ZA SLIKE: Quantumrun

Kraj trajnih tjelesnih ozljeda i invaliditeta: budućnost zdravlja P4

David Tal, izdavač, futurist
@DavidTalPiše
LinkedIn

Uto, 09 / 15 / 2020 - 05: 38

Kako bismo okončali trajne, fizičke ozljede, naše društvo mora donijeti odluku: hoćemo li se igrati Boga s našom ljudskom biologijom ili ćemo postati dijelom stroj?

Do sada smo se u našoj seriji Future of Health usredotočili na budućnost lijekova i liječenja bolesti. I dok je bolest najčešći razlog zašto koristimo naš zdravstveni sustav, rjeđi razlozi često mogu biti najozbiljniji.

Bilo da ste rođeni s tjelesnim nedostatkom ili ste pretrpjeli ozljedu koja privremeno ili trajno ograničava vašu pokretljivost, mogućnosti zdravstvene skrbi koja vam je trenutno dostupna za liječenje često su ograničene. Jednostavno nismo imali alate da u potpunosti popravimo štetu uzrokovanu pogrešnom genetikom ili teškim ozljedama.

No do sredine 2020-ih ovaj će se status quo okrenuti naglavce. Zahvaljujući napretku u uređivanju genoma opisanom u prethodnom poglavlju, kao i napretku minijaturiziranih računala i robotike, doći će kraj ere trajnih fizičkih bolesti.

Čovjek kao stroj

Kada je riječ o fizičkim ozljedama koje uključuju gubitak ekstremiteta, ljudi imaju iznenađujuću udobnost korištenjem strojeva i alata za vraćanje pokretljivosti. Najočitiji primjer, protetika, koristi se tisućljećima, često se spominje u starogrčkoj i rimskoj literaturi. 2000. godine arheolozi su otkrili 3,000 godina staru mumificirani ostaci egipatske plemkinje koja je nosila protetski nožni prst od drveta i kože.

S obzirom na ovu dugu povijest korištenja naše domišljatosti za vraćanje određene razine fizičke pokretljivosti i zdravlja, ne bi trebalo biti iznenađenje da je upotreba moderne tehnologije za vraćanje pune mobilnosti dobrodošla bez imalo protesta.

Pametna protetika

Kao što je gore spomenuto, iako je područje protetike drevno, također se sporo razvijalo. U proteklih nekoliko desetljeća došlo je do poboljšanja u njihovoj udobnosti i realističnom izgledu, ali tek je u posljednjem desetljeću i pol došlo do istinskog napretka na tom području što se tiče cijene, funkcionalnosti i upotrebljivosti.

Na primjer, dok je nekad koštala do 100,000 dolara za prilagođenu protetiku, ljudi sada mogu koristiti 3D pisače za izradu prilagođenih protetika (u nekim slučajevima) za manje od 1,000 dolara.

U međuvremenu, za nositelje protetičkih nogu kojima je teško prirodno hodati ili se penjati stepenicama, nove tvrtke koriste polje biomimikrije za izradu protetike koja pruža prirodnije iskustvo hodanja i trčanja, a istovremeno skraćuje krivulju učenja potrebnu za korištenje ove proteze.

Još jedan problem s protetskim nogama jest to što ih korisnici često smatraju bolnima za dulje vrijeme, čak i ako su izrađene po narudžbi. To je zato što proteze koje nose težinu prisiljavaju amputirančevu kožu i meso oko batrljka da se zgnječe između kosti i proteze. Jedna od opcija za rješavanje ovog problema je ugradnja neke vrste univerzalnog priključka izravno u amputiranu kost (slično očnim i zubnim implantatima). Na taj se način protetske noge mogu izravno "uvrnuti u kost". Ovo uklanja kožu na boli u tijelu i omogućuje amputircu kupnju niza masovno proizvedenih proteza koje više nije potrebno masovno proizvoditi.

No, jedna od najuzbudljivijih promjena, posebno za amputirce s protetskim rukama ili šakama, je korištenje tehnologije koja se brzo razvija pod nazivom Brain-Computer Interface (BCI).

Bioničko kretanje pokretano mozgom

Prvo raspravljano u našem Budućnost računala serije, BCI uključuje korištenje implantata ili uređaja za skeniranje mozga za praćenje moždanih valova i njihovo povezivanje s naredbama za kontrolu svega što pokreće računalo.

Zapravo, možda niste bili svjesni, ali počeci BCI-ja su već počeli. Amputirci su sada testiranje robotskih udova kontrolira izravno umom, umjesto kroz senzore pričvršćene na patrljak nositelja. Isto tako, ljudi s teškim invaliditetom (kao što su kvadriplegičari) sada su koristeći BCI za upravljanje svojim motoriziranim invalidskim kolicima i manipulirati robotskim rukama. Do sredine 2020-ih BCI će postati standard u pomaganju amputircima i osobama s invaliditetom da vode neovisniji život. A do ranih 2030-ih, BCI će postati dovoljno napredan da omogući ljudima s ozljedama kralježnice da ponovno hodaju prenošenjem njihovih misaonih naredbi za hodanje na njihov donji dio trupa kroz spinalni implantat.

Naravno, izrada pametne protetike nije sve za što će se budući implantati koristiti.

Pametni implantati

Implantati se sada testiraju za zamjenu cijelih organa, s dugoročnim ciljem uklanjanja vremena čekanja s kojim se pacijenti suočavaju dok čekaju transplantaciju donora. Među uređajima za zamjenu organa o kojima se najviše govori je bioničko srce. Nekoliko je dizajna ušlo na tržište, ali među onima koji najviše obećavaju je a uređaj koji pumpa krv po tijelu bez pulsa … daje potpuno novo značenje hodajućim mrtvacima.

Tu je i potpuno nova klasa implantata dizajniranih za poboljšanje ljudskih performansi, umjesto jednostavnog vraćanja nekoga u zdravo stanje. O ovim vrstama implantata ćemo govoriti u našem Budućnost ljudske evolucije Serija.

Ali kako se odnosi na zdravlje, posljednja vrsta implantata koju ćemo ovdje spomenuti su implantati sljedeće generacije koji reguliraju zdravlje. Zamislite ih kao pejsmejkere koji aktivno prate vaše tijelo, dijele vaše biometrijske podatke sa zdravstvenom aplikacijom na vašem telefonu, a kada osjeti početak bolesti ispušta lijekove ili električne struje kako bi ponovno uspostavio ravnotežu u vašem tijelu.

Iako bi ovo moglo zvučati kao znanstvena fantastika, DARPA (ogranak za napredna istraživanja američke vojske) već radi na projektu tzv. ElectRx, skraćenica za Electrical Prescriptions. Na temelju biološkog procesa poznatog kao neuromodulacija, ovaj maleni implantat nadzirat će tjelesni periferni živčani sustav (živce koji povezuju tijelo s mozgom i leđnom moždinom), a kada otkrije neravnotežu koja može dovesti do bolesti, pustit će električni impulse koji će ponovno uravnotežiti ovaj živčani sustav kao i potaknuti tijelo da se samoozdravi.

Nanotehnologija pliva vašom krvlju

Nanotehnologija je ogromna tema koja ima primjenu u raznim područjima i industrijama. U svojoj srži, to je širok pojam za bilo koji oblik znanosti, inženjerstva i tehnologije koji mjeri, manipulira ili uključuje materijale na skali od 1 do 100 nanometara. Slika u nastavku dat će vam dojam o opsegu nanotehnologije.

U kontekstu zdravlja, nanotehnologija se istražuje kao alat koji bi mogao revolucionirati zdravstvenu skrb tako što će u potpunosti zamijeniti lijekove i većinu operacija do kasnih 2030-ih.

Drugim riječima, zamislite da možete uzeti najbolju medicinsku opremu i znanje potrebno za liječenje bolesti ili operaciju i kodirati to u dozu fiziološke otopine - dozu koja se može pohraniti u štrcaljku, poslati bilo gdje i ubrizgati bilo kome kome je potrebna medicinske skrbi. Ako uspije, moglo bi zastarjeti sve o čemu smo govorili u posljednja dva poglavlja ove serije.

Ido Bachelet, vodeći istraživač u kirurškoj nanorobotici, predviđa dan kada manja operacija jednostavno uključuje liječnika koji ubrizgava špricu napunjenu milijardama unaprijed programiranih nanobota u ciljanu regiju vašeg tijela.

Ti bi se nanoboti zatim raširili vašim tijelom tražeći oštećeno tkivo. Nakon što bi ih pronašli, koristili bi enzime kako bi odrezali oštećene stanice tkiva od zdravog tkiva. Zdrave tjelesne stanice tada bi bile stimulirane da se riješe oštećenih stanica i regeneriraju tkivo oko šupljine nastale uklanjanjem oštećenog tkiva. Nanoboti bi čak mogli ciljati i potisnuti okolne živčane stanice kako bi otupili signale boli i smanjili upalu.

Koristeći ovaj proces, ovi se nanoboti također mogu primijeniti za napad na razne oblike raka, kao i na razne viruse i strane bakterije koje mogu zaraziti vaše tijelo. I dok su ovi nanoboti još najmanje 15 godina udaljeni od široke medicinske primjene, rad na ovoj tehnologiji već je uvelike u tijeku. Infografika u nastavku prikazuje kako bi nanotehnologija jednog dana mogla rekonstruirati naša tijela (putem ActivistPost.com):

Regenerativna medicina

Koristeći krovni izraz, regenerativna medicina, ova grana istraživanja koristi tehnike unutar polja inženjerstva tkiva i molekularne biologije za vraćanje funkcije oboljelih ili oštećenih tkiva i organa. U osnovi, regenerativna medicina želi koristiti stanice vašeg tijela da se same popravljaju, umjesto zamjene ili povećanja stanica vašeg tijela protetikom i strojevima.

Na neki način, ovaj pristup liječenju daleko je prirodniji od gore opisanih Robocop opcija. Ali s obzirom na sve prosvjede i etičke brige koje smo vidjeli pokrenute u posljednja dva desetljeća oko GMO hrane, istraživanja matičnih stanica i nedavno ljudskog kloniranja i uređivanja genoma, pošteno je reći da će regenerativna medicina naići na oštro protivljenje.

Iako je lako odmah odbaciti ovu zabrinutost, stvarnost je da javnost ima puno intimnije i intuitivnije razumijevanje tehnologije nego što ima biologiju. Zapamtite, protetika postoji tisućljećima; mogućnost čitanja i uređivanja genoma moguća je tek od 2001. Zbog toga bi mnogi ljudi radije postali kiborzi nego da se petlja s njihovom "bogom danom" genetikom.

Zato se, kao javna služba, nadamo da će kratki pregled tehnika regenerativne medicine u nastavku pomoći ukloniti stigmu oko izigravanja Boga. Redoslijedom najmanje kontroverznog za većinu:

Matične stanice koje mijenjaju oblik

Vjerojatno ste u posljednjih nekoliko godina čuli mnogo o matičnim stanicama, često ne u najboljem svjetlu. Ali do 2025. matične stanice koristit će se za liječenje raznih fizičkih stanja i ozljeda.

Prije nego što objasnimo kako će se koristiti, važno je zapamtiti da se matične stanice nalaze u svakom dijelu našeg tijela, čekajući da budu pozvane u akciju za popravak oštećenog tkiva. Zapravo, svih 10 trilijuna stanica koje čine naše tijelo nastalo je iz tih početnih matičnih stanica iz utrobe vaše majke. Kako se vaše tijelo formiralo, te su se matične stanice specijalizirale u moždane stanice, stanice srca, stanice kože itd.

Ovih dana znanstvenici sada mogu pretvoriti gotovo bilo koju skupinu stanica u vašem tijelu natrag u te izvorne matične stanice. A to je velika stvar. Budući da se matične stanice mogu transformirati u bilo koju stanicu u vašem tijelu, mogu se koristiti za liječenje gotovo svake rane.

Pojednostavljeno primjer matičnih stanica na poslu uključuje liječnike koji uzimaju uzorke kože žrtava opekotina, pretvaraju ih u matične stanice, uzgajaju novi sloj kože u petrijevoj zdjelici, a zatim koriste tu novonastalu kožu za presađivanje/zamjenu opečene kože pacijenta. Na naprednijoj razini, matične stanice trenutno se testiraju kao tretman za izliječiti bolest srca pa čak i izliječi leđnu moždinu paraplegičara, omogućujući im da ponovno hodaju.

Ali jedna od ambicioznijih upotreba ovih matičnih stanica je korištenje nedavno popularizirane tehnologije 3D ispisa.

3D bioprint

3D bioprinting je medicinska primjena 3D printanja pri čemu se živa tkiva printaju sloj po sloj. I umjesto korištenja plastike i metala kao normalni 3D printeri, 3D bioprinteri koriste (pogađate) matične stanice kao građevinski materijal.

Cjelokupni proces prikupljanja i uzgoja matičnih stanica isti je kao i postupak opisan za primjer žrtve opeklina. Međutim, nakon što se uzgoji dovoljno matičnih stanica, one se tada mogu unijeti u 3D printer kako bi se formirao gotovo bilo koji 3D organski oblik, poput zamjenske kože, ušiju, kostiju, a posebno mogu također tiskarski organi.

Ovi 3D tiskani organi napredni su oblik tkivnog inženjeringa koji predstavlja organsku alternativu ranije spomenutim umjetnim implantatima organa. I poput onih umjetnih organa, ovi tiskani organi jednog će dana smanjiti manjak donacija organa.

Ipak, ovi tiskani organi također predstavljaju dodatnu korist za farmaceutsku industriju, jer se ovi tiskani organi mogu koristiti za točnija i jeftinija ispitivanja lijekova i cjepiva. A budući da su ti organi ispisani korištenjem samih matičnih stanica pacijenta, rizik da će imunološki sustav pacijenta odbaciti te organe drastično pada u usporedbi s doniranim organima od ljudi, životinja i određenih mehaničkih implantata.

Dalje u budućnosti, do 2040-ih, napredni 3D bioprinteri ispisat će čitave udove koji se mogu ponovno pričvrstiti na batrljak amputiranih osoba, čime će protetika postati zastarjela.

Genska terapija

S genskom terapijom, znanost počinje dirati u prirodu. Ovo je oblik liječenja namijenjen ispravljanju genetskih poremećaja.

Jednostavno objašnjeno, genska terapija uključuje sekvenciranje vašeg genoma (DNK); zatim se analiziraju kako bi se pronašli neispravni geni koji uzrokuju bolest; zatim izmijenjeni/uređeni kako bi se ti nedostaci zamijenili zdravim genima (danas pomoću CRISPR alata objašnjenog u prethodnom poglavlju); a zatim konačno ponovno uvesti te sada zdrave gene natrag u svoje tijelo kako bi izliječili spomenutu bolest.

Nakon što se usavrši, genska terapija mogla bi se koristiti za liječenje niza bolesti, poput raka, AIDS-a, cistične fibroze, hemofilije, dijabetesa, bolesti srca, čak i odabranih fizičkih nedostataka kao gluhoća.

Genetski inženjering

Primjena genetskog inženjeringa u zdravstvu ulazi u pravu sivu zonu. Tehnički govoreći, razvoj matičnih stanica i genska terapija sami su oblici genetskog inženjeringa, iako blagi. Međutim, primjene genetskog inženjeringa koje zabrinjavaju većinu ljudi uključuju kloniranje ljudi i izradu dizajnerskih beba i nadljudi.

Ove ćemo teme prepustiti našoj seriji Budućnost ljudske evolucije. Ali za potrebe ovog poglavlja, postoji jedna primjena genetskog inženjeringa koja nije toliko kontroverzna... dobro, osim ako niste vegan.

Trenutno tvrtke poput United Therapeutics rade na tome genetski inženjering svinje s organima koji sadrže ljudske gene. Razlog za dodavanje ovih ljudskih gena je izbjegavanje odbacivanja ovih svinjskih organa od strane imunološkog sustava čovjeka u koji su implantirani.

Nakon uspjeha, stoka se može uzgajati u velikim količinama za opskrbu gotovo neograničenom količinom zamjenskih organa za "kseno-transplantaciju" sa životinje na čovjeka. Ovo predstavlja alternativu gore navedenim umjetnim i 3D tiskanim organima, s prednošću što je jeftiniji od umjetnih organa i tehnički napredniji od 3D tiskanih organa. Ipak, broj ljudi s etičkim i vjerskim razlozima koji se protive ovom obliku proizvodnje organa vjerojatno će osigurati da ova tehnologija nikada ne postane istinski mainstream.

Nema više fizičkih ozljeda i invaliditeta

S obzirom na popis tehnoloških naspram bioloških metoda obrade o kojima smo upravo raspravljali, vjerojatno je da će era trajan fizičkim ozljedama i invaliditetu doći će kraj najkasnije do sredine 2040-ih.

I dok konkurencija između ovih dijametralnih metoda liječenja zapravo nikada neće nestati, njihov će zajednički učinak predstavljati istinsko postignuće u zaštiti zdravlja ljudi.

Naravno, ovo nije cijela priča. Do ove točke, naša serija Budućnost zdravlja istražila je predviđene planove za uklanjanje bolesti i fizičkih ozljeda, ali što je s našim mentalnim zdravljem? U sljedećem poglavlju raspravljat ćemo o tome možemo li izliječiti svoj um jednako lako kao i svoje tijelo.