A maradandó testi sérülések és fogyatékosságok vége: Az egészség jövője P4

A maradandó, fizikai sérülések megszüntetése érdekében társadalmunknak döntenie kell: Istent játszunk emberi biológiánkkal, vagy a gép részévé válunk?

A Future of Health sorozatunkban eddig a gyógyszerek jövőjére és a betegségek gyógyítására összpontosítottunk. És bár a betegség a leggyakoribb oka annak, hogy egészségügyi rendszerünket igénybe vesszük, a kevésbé gyakori okok gyakran a legsúlyosabbak lehetnek.

Függetlenül attól, hogy testi fogyatékkal született, vagy olyan sérülést szenved, amely átmenetileg vagy tartósan korlátozza mozgását, a jelenleg elérhető egészségügyi ellátási lehetőségek gyakran korlátozottak. Egyszerűen nem rendelkezünk eszközökkel a hibás genetikai vagy súlyos sérülések által okozott károk teljes helyreállításához.

De a 2020-as évek közepére ez a status quo a feje tetejére áll. Az előző fejezetben ismertetett genomszerkesztési fejlődésnek, valamint a miniatürizált számítógépek és a robotika fejlődésének köszönhetően a korszak maradandó testi fogyatékosságai véget érnek.

Az ember mint gép

Amikor a végtag elvesztésével járó fizikai sérülésekről van szó, az emberek meglepően kényelmesek, amikor gépeket és eszközöket használnak a mobilitás visszaszerzésére. A legnyilvánvalóbb példa, a protézis, évezredek óta használatos, gyakran hivatkoznak rá az ókori görög és római irodalomban. 2000-ben a régészek felfedezték a 3,000 éves, mumifikált maradványok egy egyiptomi nemesasszonyé, aki fából és bőrből készült lábujjprotézist viselt.

Tekintettel arra, hogy találékonyságunkat a fizikai mobilitás és egészség bizonyos szintjének helyreállítására használjuk, nem meglepő, hogy a modern technológia felhasználását a teljes mobilitás helyreállítására a legkisebb tiltakozás nélkül is üdvözlik.

Intelligens protézisek

Ahogy fentebb említettük, bár a protetika területe ősi, fejlődése is lassú. Az elmúlt néhány évtizedben javult a kényelem és az élethű megjelenés, de csak az elmúlt másfél évtizedben történt valódi előrelépés ezen a területen a költségek, a funkcionalitás és a használhatóság terén.

Például ahol korábban akár 100,000 XNUMX dollárba került egy egyedi protézis, az emberek most 3D nyomtatókat használjon egyedi protézisek készítéséhez (egyes esetekben) kevesebb, mint 1,000 dollárért.

Eközben a lábprotézis viselői számára, akik nehezen tudnak természetes úton járni vagy lépcsőzni, új cégek a biomimikri területét alkalmazzák olyan protézisek készítéséhez, amelyek természetesebb sétálási és futási élményt nyújtanak, miközben lerövidítik a protézisek használatához szükséges tanulási görbét.

A lábprotézisekkel kapcsolatos másik probléma az, hogy a felhasználók gyakran fájdalmasnak találják a hosszabb ideig tartó viselést, még akkor is, ha egyedi gyártásúak. Ennek az az oka, hogy a teherviselő protézisek arra kényszerítik az amputált bőrét és húsát a csonkja körül, hogy a csont és a protézis közé zúzódjanak. Az egyik lehetőség a probléma megkerülésére, ha egyfajta univerzális csatlakozót szerelnek be közvetlenül az amputált csontjába (hasonlóan a szem- és fogászati ​​implantátumokhoz). Így a műlábak közvetlenül „becsavarhatók a csontba”. Ez eltávolítja a bőrfájdalmat okozó bőrt, és lehetővé teszi az amputált számára, hogy sorozatgyártású protéziseket vásároljon, amelyeket már nem kell tömegesen gyártani.

De az egyik legizgalmasabb változás, különösen a kar- vagy kézprotézissel rendelkező amputáltak esetében, a Brain-Computer Interface (BCI) nevű, gyorsan fejlődő technológia alkalmazása.

Agy által működtetett bionikus mozgás

Elsőként a mi A számítógépek jövője sorozat, a BCI egy implantátum vagy egy agyleolvasó eszköz használatával figyeli az agyhullámokat, és társítja azokat parancsokkal, amelyekkel irányítani lehet bármit, amit a számítógép működtet.

Valójában talán nem vetted észre, de a BCI kezdetei már elkezdődtek. Az amputáltak most vannak robotvégtagok tesztelése közvetlenül az elme vezérli, nem pedig a viselője csonkjára erősített érzékelőkön keresztül. Hasonlóképpen a súlyos fogyatékossággal élők (például a négylábúak) is a BCI segítségével kormányozzák motoros kerekesszékeiket és manipulálja a robotkarokat. A 2020-as évek közepére a BCI szabvány lesz az amputáltak és a fogyatékkal élők önállóbb életvitelében. A 2030-as évek elejére pedig a BCI kellően fejlett lesz ahhoz, hogy a gerincsérültek ismét járni tudjanak azáltal, hogy járási gondolatparancsaikat a törzs alsó részén keresztül továbbítják. gerinc implantátum.

Természetesen nem csak az intelligens protézisek készítése szükséges a jövőbeni implantátumokhoz.

Intelligens implantátumok

Az implantátumokat most egész szervek helyettesítésére tesztelik, azzal a hosszú távú céllal, hogy kiküszöböljék a donortranszplantációra váró betegek várakozási idejét. A legtöbbet emlegetett szervpótló eszközök közé tartozik a bionikus szív. Számos dizájn került a piacra, de a legígéretesebbek közé tartozik a eszköz, amely pulzus nélkül pumpálja a vért a testben … teljesen új értelmet ad a sétáló halottaknak.

Létezik az implantátumok egy teljesen új osztálya is, amelyet az emberi teljesítmény javítására terveztek, ahelyett, hogy egyszerűen visszaállítanák az egészséges állapotot. Az ilyen típusú implantátumokkal foglalkozunk Az emberi evolúció jövője sorozat.

De ami az egészséggel kapcsolatos, az utolsó implantátumtípus, amelyet itt említünk, a következő generációs, egészséget szabályozó implantátumok. Tekintse ezeket olyan szívritmus-szabályozóknak, amelyek aktívan figyelik a testét, megosztják biometrikus adatait a telefonon lévő egészségügyi alkalmazással, és amikor észlelik a betegség kezdetét, gyógyszereket vagy elektromos áramot bocsátanak ki, hogy helyreállítsák a test egyensúlyát.  

Bár ez sci-finek tűnhet, a DARPA (az amerikai hadsereg fejlett kutatócsoportja) már dolgozik az ún. ElectRx, az Electrical Prescriptions rövidítése. A neuromoduláció néven ismert biológiai folyamaton alapuló apró implantátum a test perifériás idegrendszerét (az idegeket, amelyek a testet az agyhoz és a gerincvelőhöz kötik), és amikor olyan egyensúlyhiányt észlel, amely betegséghez vezethet, elektromos áramot szabadít fel. impulzusok, amelyek újra egyensúlyba hozzák ezt az idegrendszert, és serkentik a testet öngyógyításra.

Nanotechnológia úszik át a véredben

A nanotechnológia egy hatalmas téma, amely számos területen és iparágban alkalmazható. Lényegében ez egy tág fogalom a tudomány, a mérnöki munka és a technológia bármely formájára, amely 1 és 100 nanométeres léptékben mér, manipulál vagy beépít anyagokat. Az alábbi kép a nanotechnológiai munkák nagyságrendjét mutatja be.

Az egészséggel összefüggésben a nanotechnológiát olyan eszközként vizsgálják, amely forradalmasíthatja az egészségügyet azáltal, hogy a 2030-as évek végére teljesen felváltja a gyógyszereket és a legtöbb műtétet.  

Másképpen fogalmazva, képzelje el, hogy a legjobb orvosi felszerelést és tudást, amely egy betegség kezeléséhez vagy műtét elvégzéséhez szükséges, és azt egy adag sóoldatba kódolja – ez az adag fecskendőben tárolható, bárhová szállítható, és beadható bárkinek, akinek szüksége van rá. az orvosi ellátásról. Ha sikerül, elavulttá teheti mindazt, amit a sorozat utolsó két fejezetében tárgyaltunk.

Ido Bachelet, a sebészeti nanorobotika vezető kutatója, képzel egy nap, amikor egy kisebb műtét egyszerűen abból áll, hogy az orvos egy több milliárd előre programozott nanobottal teli fecskendőt fecskendez be a tested megcélzott régiójába.

Ezek a nanobotok ezután szétterjedtek a testedben, és megkeresték a sérült szöveteket. Miután megtalálták, enzimekkel vágták le a sérült szövetsejteket az egészséges szövetről. A szervezet egészséges sejtjeit ezután arra ösztönöznék, hogy megszabaduljanak a sérült sejtektől, és regenerálják a szövetet a sérült szövet eltávolításából származó üreg körül. A nanobotok akár a környező idegsejteket is megcélozhatják és elnyomhatják, hogy tompítsák a fájdalomjeleket és csökkentsék a gyulladást.

Ezzel az eljárással ezek a nanobotok a rák különböző formáinak, valamint különféle vírusoknak és idegen baktériumoknak a megtámadására is alkalmazhatók, amelyek megfertőzhetik a szervezetet. És bár ezek a nanobotok még mindig legalább 15 évre vannak a széles körben elterjedt orvosi alkalmazástól, a munka ezen a technológián már nagyon folyamatban van. Az alábbi infografika felvázolja, hogy a nanotechnológia egy napon hogyan alakíthatja át testünket (via ActivistPost.com):

Regeneratív orvoslás

Az ernyőfogalmat használva, regeneráló gyógyászatEz a kutatási ág a szövettechnológia és a molekuláris biológia területein belüli technikákat alkalmaz a beteg vagy sérült szövetek és szervek működésének helyreállítására. Alapvetően a regeneratív gyógyászat a szervezet sejtjeit arra akarja használni, hogy helyreállítsák magukat, ahelyett, hogy protézisekkel és gépekkel cserélnék ki vagy gyarapítanák a sejteket.

Bizonyos értelemben ez a gyógyítási megközelítés sokkal természetesebb, mint a fent leírt Robocop lehetőségek. De figyelembe véve mindazokat a tiltakozásokat és etikai aggályokat, amelyeket az elmúlt két évtizedben a GMO-élelmiszerek, az őssejtkutatás és a legutóbbi emberi klónozás és genomszerkesztés kapcsán felvetettünk, jogos kijelenteni, hogy a regeneratív gyógyászat erős ellenállásba ütközik.   

Bár ezeket az aggodalmakat könnyen el lehet utasítani, a valóság az, hogy a közvélemény sokkal bensőségesebben és intuitívabban érti a technológiát, mint a biológiát. Ne feledje, a protézisek évezredek óta léteznek; a genom elolvasása és szerkesztése csak 2001 óta lehetséges. Ezért sokan inkább kiborggá válnak, mintsem „istenadta” genetikájukat bütyköljék.

Éppen ezért közszolgálatként reméljük, hogy a regeneratív orvoslás technikáinak alábbi rövid áttekintése segít eltávolítani az istenjátszás körüli megbélyegzést. A legkevésbé vitatott sorrendben:

Alakváltó őssejtek

Valószínűleg sokat hallottál az őssejtekről az elmúlt néhány évben, gyakran nem a legjobb megvilágításban. De 2025-re az őssejteket különféle fizikai állapotok és sérülések gyógyítására fogják használni.

Mielőtt elmagyaráznánk, hogyan fogják használni őket, fontos emlékeznünk arra, hogy az őssejtek testünk minden részében megtalálhatók, és arra várnak, hogy a sérült szövetek helyreállítása érdekében működésbe lépjenek. Valójában a testünket alkotó 10 billió sejt mindegyike az anyaméhben lévő kezdeti őssejtekből származik. Ahogy a tested kialakult, ezek az őssejtek agysejtekké, szívsejtekké, bőrsejtekké stb.

Manapság a tudósok szinte minden sejtcsoportot képesek megfordítani a testedben vissza az eredeti őssejtekbe. És ez nagy dolog. Mivel az őssejtek a test bármely sejtjévé képesek átalakulni, szinte bármilyen seb gyógyítására használhatók.

Egy egyszerűsített példa A munkahelyi őssejtek esetében az orvosok bőrmintát vesznek az égés áldozatairól, őssejtekké alakítják őket, új bőrréteget növesztenek egy Petri-csészében, majd az újonnan kinőtt bőrt használják a beteg megégett bőrének átültetésére/pótlására. Fejlettebb szinten jelenleg az őssejteket tesztelik kezelésként gyógyítani a szívbetegséget és még meggyógyítja a paraplegikusok gerincvelőit, lehetővé téve számukra, hogy újra járjanak.

De ezeknek az őssejteknek az egyik ambiciózusabb felhasználási módja az újonnan népszerűsített 3D nyomtatási technológia felhasználása.

3D bionyomtatás

A 3D bionyomtatás a 3D nyomtatás orvosi alkalmazása, melynek során az élő szöveteket rétegről rétegre nyomtatják. És ahelyett, hogy műanyagokat és fémeket használnának, mint a normál 3D-nyomtatók, a 3D-s bionyomtatók (kitaláltad) őssejteket használnak építőanyagként.

Az őssejtek összegyűjtésének és termesztésének általános folyamata megegyezik az égési áldozat példájánál felvázolt folyamattal. Ha azonban elegendő őssejtet termesztenek, be lehet őket betáplálni a 3D nyomtatóba, hogy bármilyen 3D-s szerves alakzatot alakítsanak ki, például pótló bőrt, füleket, csontokat, és különösen nyomtatási szervek.

Ezek a 3D nyomtatott szervek a szövetfejlesztés egy fejlett formája, amely a korábban említett mesterséges szervimplantátumok szerves alternatíváját jelenti. És a mesterséges szervekhez hasonlóan ezek a nyomtatott szervek is egy napon csökkentik a szervadományozás hiányát.

Ennek ellenére ezek a nyomtatott szervek további előnyt jelentenek a gyógyszeripar számára, mivel ezek a nyomtatott szervek pontosabb és olcsóbb gyógyszer- és vakcinakísérletekhez használhatók. És mivel ezeket a szerveket a páciens saját őssejtjeiből nyomtatják ki, drasztikusan csökken annak a kockázata, hogy a páciens immunrendszere elutasítja ezeket a szerveket, összehasonlítva az emberektől, állatoktól és bizonyos mechanikai implantátumokból származó adományozott szervekkel.

A jövőben, a 2040-es évekre a fejlett 3D-s bionyomtatók teljes végtagokat nyomtatnak majd, amelyeket vissza lehet rögzíteni az amputáltak csonkjára, ezáltal elavulttá válik a protetika.

Génterápia

A génterápiával a tudomány elkezdi manipulálni a természetet. Ez egy olyan kezelési forma, amelyet a genetikai rendellenességek kijavítására terveztek.

Egyszerűen leírva, a génterápia magában foglalja a genom (DNS) szekvenálását; majd elemezzük, hogy megtalálják a betegséget okozó hibás géneket; majd módosítottuk/szerkesztették, hogy ezeket a hibákat egészséges génekkel helyettesítsék (ma az előző fejezetben ismertetett CRISPR eszközzel); és végül helyezze vissza a most már egészséges géneket a szervezetébe, hogy meggyógyítsa az említett betegséget.

A tökéletesítés után a génterápia számos betegség, például rák, AIDS, cisztás fibrózis, hemofília, cukorbetegség, szívbetegség, sőt bizonyos testi fogyatékosságok gyógyítására is használható, mint pl. süketség.

Génmanipuláció

A géntechnológia egészségügyi alkalmazásai valódi szürke zónába lépnek. Technikailag szólva, az őssejtfejlesztés és a génterápia önmagukban is a géntechnológia egyik formái, bár enyhék. A géntechnológia legtöbb embert érintő alkalmazásai azonban az emberi klónozást, valamint a tervező babák és emberfelettiek tervezését foglalják magukban.

Ezeket a témákat a Future of Human Evolution sorozatunkra hagyjuk. De ennek a fejezetnek a céljaira van egy géntechnológiai alkalmazás, amely nem annyira vitatott… nos, hacsak nem vegán.

Jelenleg olyan cégek dolgoznak, mint a United Therapeutics génmanipulált sertések emberi géneket tartalmazó szervekkel. Az emberi gének hozzáadásának oka az, hogy elkerüljük, hogy a beültetett ember immunrendszere kilökje ezeket a sertésszerveket.

Ha sikeres, az állatállomány nagymértékben termeszthető, hogy szinte korlátlan mennyiségű helyettesítő szervet biztosítson az állatról emberre történő "xeno-transzplantációhoz". Ez a fenti mesterséges és 3D nyomtatott szervek alternatívája, azzal az előnnyel, hogy olcsóbb, mint a mesterséges szervek, és technikailag messzebbre áll, mint a 3D nyomtatott szervek. Mindazonáltal az olyan emberek száma, akik etikai és vallási okokból ellenzik a szervtermelés e formáját, valószínűleg biztosítja, hogy ez a technológia sohasem kerüljön igazán általánossá.

Nincs több fizikai sérülés és fogyatékosság

Tekintettel az imént tárgyalt technológiai és biológiai kezelési módszerek mosodai listájára, valószínű, hogy a korszak állandó a testi sérülések és fogyatékosságok legkésőbb a 2040-es évek közepén véget érnek.

És bár a verseny ezen átmérőjű kezelési módszerek között soha nem szűnik meg, összességében ezek együttes hatása igazi vívmányt jelent az emberi egészségügyben.

Természetesen ez nem az egész történet. A Future of Health sorozatunk ekkorra már feltárta a betegségek és a testi sérülések megszüntetésének előre jelzett terveit, de mi a helyzet a mentális egészségünkkel? A következő fejezetben arról fogunk beszélni, hogy az elménket ugyanolyan könnyen meg tudjuk-e gyógyítani, mint a testünket.

Az egészségügyi sorozat jövője

Az egészségügy forradalomhoz közeledik: az egészségügy jövője P1

A holnapi világjárványok és az ellenük való leküzdésre tervezett szupergyógyszerek: Az egészség jövője P2

A precíziós egészségügyi ellátás a genomjába nyúlik: az egészség jövője P3

Az agy megértése a mentális betegségek megszüntetéséhez: Az egészség jövője P5

A holnap egészségügyi rendszerének megtapasztalása: Az egészség jövője P6

Felelősség a számszerűsített egészségéért: Az egészség jövője P7