Koniec trwałych urazów fizycznych i niepełnosprawności: Przyszłość Zdrowia P4

Aby zakończyć trwałe, fizyczne obrażenia, nasze społeczeństwo musi dokonać wyboru: czy bawimy się w Boga naszą ludzką biologią, czy też stajemy się częściowo maszyną?

Do tej pory w naszej serii Future of Health skupialiśmy się na przyszłości leków i leczenia chorób. I chociaż choroba jest najczęstszym powodem, dla którego korzystamy z naszego systemu opieki zdrowotnej, to te mniej powszechne często mogą być najpoważniejsze.

Niezależnie od tego, czy urodziłeś się z niepełnosprawnością fizyczną, czy doznałeś urazu, który tymczasowo lub na stałe ogranicza Twoją mobilność, obecnie dostępne opcje opieki zdrowotnej są często ograniczone. Po prostu nie mieliśmy narzędzi, aby w pełni naprawić szkody wyrządzone przez wadliwą genetykę lub poważne obrażenia.

Ale do połowy lat 2020. ten status quo zostanie wywrócony na głowę. Dzięki postępom w edycji genomu opisanym w poprzednim rozdziale, a także postępom w zminiaturyzowanych komputerach i robotyce, era trwałych fizycznych ułomności dobiegnie końca.

Człowiek jako maszyna

Jeśli chodzi o urazy fizyczne, które wiążą się z utratą kończyny, ludzie mają zaskakujący komfort korzystania z maszyn i narzędzi w celu odzyskania mobilności. Najbardziej oczywistym przykładem jest protetyka, używana od tysiącleci, powszechnie przywoływana w starożytnej literaturze greckiej i rzymskiej. W 2000 roku archeolodzy odkryli trzytysięczną, zmumifikowane szczątki egipskiej szlachcianki, która nosiła protetyczny palec u nogi z drewna i skóry.

Biorąc pod uwagę tę długą historię wykorzystywania naszej pomysłowości do przywracania pewnego poziomu sprawności fizycznej i zdrowia, nie powinno dziwić, że korzystanie z nowoczesnych technologii do przywracania pełnej mobilności jest mile widziane bez najmniejszego protestu.

Inteligentna protetyka

Jak wspomniano powyżej, chociaż dziedzina protetyki jest starożytna, ewoluowała również powoli. W ciągu ostatnich kilku dekad zaobserwowano poprawę komfortu i realistycznego wyglądu, ale dopiero w ciągu ostatnich półtorej dekady dokonano prawdziwego postępu w dziedzinie, jeśli chodzi o koszty, funkcjonalność i użyteczność.

Na przykład tam, gdzie kiedyś kosztowałaby nawet 100,000 XNUMX USD za niestandardową protezę, ludzie mogą teraz używaj drukarek 3D do tworzenia niestandardowych protez (w niektórych przypadkach) za mniej niż 1,000 USD.

Tymczasem dla osób noszących protezy nóg, którym trudno jest naturalnie chodzić lub wchodzić po schodach, nowe firmy wykorzystują dziedzinę biomimikry do budowy protez, które zapewniają bardziej naturalne wrażenia z chodzenia i biegania, a także skracają krzywą uczenia się potrzebną do korzystania z tych protez.

Innym problemem związanym z protezami nóg jest to, że użytkownicy często odczuwają ból podczas noszenia ich przez dłuższy czas, nawet jeśli są wykonane na zamówienie. Dzieje się tak, ponieważ protezy obciążone zmuszają skórę i ciało osoby po amputacji do kikuta do zmiażdżenia między kością a protezą. Jedną z opcji obejścia tego problemu jest zainstalowanie pewnego rodzaju uniwersalnego łącznika bezpośrednio w kości osoby po amputacji (podobnie jak implanty oczne i dentystyczne). W ten sposób protezy nóg można bezpośrednio „wkręcić w kość”. To usuwa skórę z bólu, a także pozwala osobie po amputacji na zakup szerokiej gamy masowo produkowanych protez, które nie muszą być już produkowane masowo.

Jednak jedną z najbardziej ekscytujących zmian, szczególnie dla osób po amputacji z protezą rąk lub dłoni, jest zastosowanie szybko rozwijającej się technologii zwanej interfejsem mózg-komputer (BCI).

Bioniczny ruch napędzany przez mózg

Po raz pierwszy omówiono w naszym Przyszłość komputerów Seria BCI polega na użyciu implantu lub urządzenia skanującego mózg do monitorowania fal mózgowych i kojarzenia ich z poleceniami, aby kontrolować wszystko, co jest uruchamiane przez komputer.

Właściwie może nie zdawałeś sobie z tego sprawy, ale początki BCI już się rozpoczęły. Osoby po amputacji są teraz testowanie robotycznych kończyn kontrolowane bezpośrednio przez umysł, a nie przez czujniki przymocowane do kikuta osoby noszącej. Podobnie osoby z poważnymi niepełnosprawnościami (takie jak tetraplegicy) są teraz używanie BCI do sterowania zmotoryzowanymi wózkami inwalidzkimi i manipulować ramionami robotów. W połowie lat 2020. BCI stanie się standardem w pomaganiu osobom po amputacji i osobom niepełnosprawnym w prowadzeniu bardziej niezależnego życia. A na początku lat 2030. XX wieku BCI stanie się wystarczająco zaawansowany, aby umożliwić osobom z urazami kręgosłupa ponowne chodzenie poprzez przekazywanie poleceń myśli chodzenia do dolnej części tułowia przez implant kręgosłupa.

Oczywiście tworzenie inteligentnych protez to nie wszystko, do czego będą używane przyszłe implanty.

Inteligentne implanty

Implanty są obecnie testowane w celu zastąpienia całych narządów, z długoterminowym celem wyeliminowania czasu oczekiwania na przeszczep dawcy. Wśród najczęściej omawianych urządzeń do wymiany narządów jest bioniczne serce. Na rynek weszło kilka projektów, ale jednym z najbardziej obiecujących jest urządzenie pompujące krew po całym ciele bez pulsu … nadaje zupełnie nowe znaczenie chodzącym trupom.

Istnieje również zupełnie nowa klasa implantów zaprojektowanych w celu poprawy wydajności człowieka, zamiast po prostu przywracania komuś zdrowego stanu. Tego typu implanty omówimy w naszym Przyszłość ewolucji człowieka series.

Ale jeśli chodzi o zdrowie, ostatnim rodzajem implantu, o którym tutaj wspomnimy, są implanty regulujące zdrowie nowej generacji. Pomyśl o nich jako o rozrusznikach serca, które aktywnie monitorują twoje ciało, udostępniają dane biometryczne aplikacji zdrowotnej w telefonie, a gdy wyczuje początek choroby, uwalnia leki lub prądy elektryczne, aby przywrócić równowagę twojego ciała.  

Choć może to brzmieć jak science fiction, DARPA (zaawansowane ramię badawcze armii amerykańskiej) już pracuje nad projektem o nazwie ElekRx, skrót od Recepty elektryczne. W oparciu o proces biologiczny znany jako neuromodulacja, ten mały implant będzie monitorował obwodowy układ nerwowy organizmu (nerwy łączące ciało z mózgiem i rdzeniem kręgowym), a gdy wykryje brak równowagi, który może prowadzić do choroby, uwolni prąd elektryczny. impulsy, które przywrócą równowagę tego układu nerwowego, a także pobudzą organizm do samoleczenia.

Nanotechnologia płynąca przez twoją krew

Nanotechnologia to ogromny temat, który ma zastosowanie w wielu różnych dziedzinach i branżach. W swej istocie jest to szerokie określenie na każdą formę nauki, inżynierii i technologii, która mierzy, manipuluje lub włącza materiały w skali od 1 do 100 nanometrów. Poniższy obrazek da ci wyobrażenie o skali działania nanotechnologii.

W kontekście zdrowia nanotechnologia jest badana jako narzędzie, które może zrewolucjonizować opiekę zdrowotną, całkowicie zastępując leki i większość operacji do końca lat 2030. XX wieku.  

Innymi słowy, wyobraź sobie, że możesz wziąć najlepszy sprzęt medyczny i wiedzę niezbędną do leczenia choroby lub przeprowadzenia operacji i zakodować to w dawce soli fizjologicznej — dawki, którą można przechowywać w strzykawce, wysłać w dowolne miejsce i wstrzyknąć każdemu w potrzebie opieki medycznej. Jeśli się powiedzie, może sprawić, że wszystko, co omówiliśmy w ostatnich dwóch rozdziałach tej serii, stanie się przestarzałe.

Ido Bachelet, czołowy badacz nanorobotyki chirurgicznej, wyobrażenia dzień, w którym drobna operacja polega po prostu na wstrzyknięciu przez lekarza strzykawki wypełnionej miliardami zaprogramowanych nanobotów w wybrany obszar ciała.

Te nanoboty rozprzestrzeniłyby się następnie po twoim ciele, przeszukując uszkodzoną tkankę. Po znalezieniu, używali enzymów do odcinania uszkodzonych komórek tkanki od zdrowej tkanki. Zdrowe komórki organizmu byłyby następnie stymulowane zarówno do usuwania uszkodzonych komórek, jak i do regeneracji tkanki wokół jamy powstałej po usunięciu uszkodzonej tkanki. Nanoboty mogą nawet celować i tłumić otaczające komórki nerwowe, aby stłumić sygnały bólu i zmniejszyć stan zapalny.

Korzystając z tego procesu, te nanoboty mogą być również stosowane do atakowania różnych form raka, a także różnych wirusów i obcych bakterii, które mogą zainfekować organizm. I chociaż te nanoboty są jeszcze co najmniej 15 lat od powszechnego zastosowania w medycynie, prace nad tą technologią są już w toku. Poniższa infografika przedstawia, w jaki sposób nanotechnologia może pewnego dnia przeprojektować nasze ciała (poprzez AktywistPost.com):

Medycyna regeneracyjna

Używając terminu parasolowego, Medycyna regeneracyjna, ta gałąź badań wykorzystuje techniki z dziedziny inżynierii tkankowej i biologii molekularnej do przywracania funkcji chorych lub uszkodzonych tkanek i narządów. Zasadniczo medycyna regeneracyjna chce wykorzystać komórki twojego ciała do samonaprawy, zamiast zastępować lub wzmacniać komórki twojego ciała protezami i maszynami.

W pewnym sensie takie podejście do leczenia jest znacznie bardziej naturalne niż opcje Robocop opisane powyżej. Ale biorąc pod uwagę wszystkie protesty i obawy etyczne, które pojawiły się w ciągu ostatnich dwóch dekad w związku z żywnością GMO, badaniami nad komórkami macierzystymi, a ostatnio klonowaniem ludzi i edycją genomu, można śmiało powiedzieć, że medycyna regeneracyjna spotka się z poważnym sprzeciwem.   

Chociaż łatwo jest całkowicie odrzucić te obawy, w rzeczywistości społeczeństwo ma o wiele bardziej intymne i intuicyjne zrozumienie technologii niż biologii. Pamiętaj, protetyka istnieje od tysiącleci; możliwość czytania i edytowania genomu jest możliwa dopiero od 2001 roku. Dlatego wielu ludzi woli zostać cyborgami, niż majstrować przy „danej przez Boga” genetyce.

Dlatego, jako służba publiczna, mamy nadzieję, że poniższy krótki przegląd technik medycyny regeneracyjnej pomoże usunąć piętno związane z zabawą w Boga. W kolejności od najmniej kontrowersyjnej do większości:

Zmieniające kształt komórki macierzyste

Prawdopodobnie słyszałeś wiele o komórkach macierzystych w ciągu ostatnich kilku lat, często nie w najlepszym świetle. Jednak do 2025 roku komórki macierzyste będą wykorzystywane do leczenia różnych dolegliwości fizycznych i urazów.

Zanim wyjaśnimy, w jaki sposób będą używane, ważne jest, aby pamiętać, że komórki macierzyste znajdują się w każdej części naszego ciała, czekając na wezwanie do działania w celu naprawy uszkodzonej tkanki. W rzeczywistości wszystkie 10 bilionów komórek, które tworzą nasze ciało, pochodzi z tych początkowych komórek macierzystych z wnętrza macicy twojej matki. Gdy twoje ciało się uformowało, te komórki macierzyste wyspecjalizowały się w komórkach mózgowych, komórkach serca, komórkach skóry itp.

Obecnie naukowcy są w stanie zmienić prawie każdą grupę komórek w twoim ciele z powrotem do tych oryginalnych komórek macierzystych. I to jest wielka sprawa. Ponieważ komórki macierzyste są w stanie przekształcić się w dowolną komórkę w twoim ciele, można ich użyć do wyleczenia prawie każdej rany.

Uproszczony przykład komórek macierzystych w pracy polega na pobieraniu przez lekarzy próbek skóry ofiar poparzeń, przekształcaniu ich w komórki macierzyste, wyhodowaniu nowej warstwy skóry na płytce Petriego, a następnie wykorzystaniu tej świeżo wyhodowanej skóry do przeszczepienia/zastąpienia spalonej skóry pacjenta. Na bardziej zaawansowanym poziomie, komórki macierzyste są obecnie testowane jako leczenie mające na celu: leczyć choroby serca i nawet leczyć rdzenie kręgowe paraplegików, pozwalając im znowu chodzić.

Jednak jednym z bardziej ambitnych zastosowań tych komórek macierzystych jest wykorzystanie nowo spopularyzowanej technologii drukowania 3D.

Biodruk 3D

Biodrukowanie 3D to medyczne zastosowanie druku 3D, w którym żywe tkanki są drukowane warstwa po warstwie. I zamiast plastiku i metali, jak zwykłe drukarki 3D, biodrukarki 3D używają (zgadłeś) komórek macierzystych jako materiału budowlanego.

Ogólny proces zbierania i hodowli komórek macierzystych jest taki sam, jak proces przedstawiony na przykładzie ofiary poparzeń. Jednak po wyhodowaniu wystarczającej liczby komórek macierzystych można je następnie wprowadzić do drukarki 3D w celu uformowania większości organicznych kształtów 3D, takich jak zastępcza skóra, uszy, kości, a w szczególności mogą również drukuj organy.

Te drukowane narządy 3D są zaawansowaną formą inżynierii tkankowej, która stanowi organiczną alternatywę dla wspomnianych wcześniej sztucznych implantów narządowych. I podobnie jak te sztuczne organy, te drukowane organy pewnego dnia zmniejszą niedobór dawców organów.

To powiedziawszy, te drukowane narządy stanowią również dodatkową korzyść dla przemysłu farmaceutycznego, ponieważ te drukowane narządy mogą być wykorzystywane do dokładniejszych i tańszych badań leków i szczepionek. A ponieważ narządy te są drukowane przy użyciu własnych komórek macierzystych pacjenta, ryzyko odrzucenia tych organów przez układ odpornościowy pacjenta drastycznie spada w porównaniu z narządami od ludzi, zwierząt i niektórymi implantami mechanicznymi.

W dalszej przyszłości, do lat 2040. XX wieku, zaawansowane biodrukarki 3D będą drukować całe kończyny, które można ponownie przymocować do kikuta osób po amputacji, dzięki czemu protezy staną się przestarzałe.

Terapia genowa

Dzięki terapii genowej nauka zaczyna manipulować naturą. Jest to forma leczenia przeznaczona do korygowania zaburzeń genetycznych.

Wyjaśniając po prostu, terapia genowa obejmuje sekwencjonowanie genomu (DNA); następnie analizowane w celu znalezienia wadliwych genów, które powodują chorobę; następnie zmieniane/edytowane w celu zastąpienia tych defektów zdrowymi genami (obecnie przy użyciu narzędzia CRISPR wyjaśnionego w poprzednim rozdziale); a następnie w końcu ponownie wprowadzić te zdrowe geny z powrotem do swojego organizmu, aby wyleczyć tę chorobę.

Po udoskonaleniu terapia genowa może być stosowana do leczenia szeregu chorób, takich jak rak, AIDS, mukowiscydoza, hemofilia, cukrzyca, choroby serca, a nawet wybrane niepełnosprawności fizyczne, takie jak głuchota.

Inżynieria genetyczna

Zastosowania inżynierii genetycznej w opiece zdrowotnej wkraczają w prawdziwą szarą strefę. Technicznie rzecz biorąc, rozwój komórek macierzystych i terapia genowa same w sobie są formami inżynierii genetycznej, aczkolwiek łagodnymi. Jednak zastosowania inżynierii genetycznej, które dotyczą większości ludzi, obejmują klonowanie ludzi oraz inżynierię projektowanych dzieci i nadludzi.

Te tematy pozostawimy w naszej serii Przyszłość ewolucji człowieka. Ale dla celów tego rozdziału, istnieje jedno zastosowanie inżynierii genetycznej, które nie jest tak kontrowersyjne… cóż, chyba że jesteś weganinem.

Obecnie firmy takie jak United Therapeutics pracują nad genetycznie modyfikowane świnie z narządami zawierającymi ludzkie geny. Powodem dodania tych ludzkich genów jest uniknięcie odrzucenia tych organów świni przez układ odpornościowy człowieka, do którego zostały wszczepione.

Po sukcesie, zwierzęta gospodarskie można hodować na dużą skalę, aby zapewnić prawie nieograniczoną liczbę narządów zastępczych do „ksenotransplantacji” ze zwierzęcia na człowieka. Stanowi to alternatywę dla sztucznych i drukowanych w 3D narządów powyżej, z tą zaletą, że są tańsze niż sztuczne narządy i dalej technicznie niż narządy drukowane w 3D. To powiedziawszy, liczba osób z powodów etycznych i religijnych, które sprzeciwiają się tej formie produkcji narządów, prawdopodobnie sprawi, że ta technologia nigdy nie wejdzie do głównego nurtu.

Nigdy więcej urazów fizycznych i niepełnosprawności

Biorąc pod uwagę listę pralniczych metod technologicznych i biologicznych, które właśnie omówiliśmy, jest prawdopodobne, że era stały urazy fizyczne i niepełnosprawność zakończą się nie później niż w połowie lat 2040. XX wieku.

I chociaż konkurencja między tymi diametrycznymi metodami leczenia nigdy tak naprawdę nie zniknie, ogólnie rzecz biorąc, ich wspólny wpływ będzie stanowił prawdziwe osiągnięcie w dziedzinie opieki zdrowotnej.

Oczywiście to nie jest cała historia. W tym momencie nasza seria Future of Health zbadała przewidywane plany wyeliminowania chorób i obrażeń fizycznych, ale co z naszym zdrowiem psychicznym? W następnym rozdziale omówimy, czy możemy leczyć nasze umysły tak łatwo, jak nasze ciała.

Przyszłość serii zdrowia

Opieka zdrowotna zbliża się do rewolucji: przyszłość zdrowia P1

Pandemie jutra i super leki zaprojektowane do walki z nimi: przyszłość zdrowia P2

Precyzyjna opieka zdrowotna sięga do twojego genomu: przyszłość zdrowia P3

Zrozumienie mózgu w celu usunięcia chorób psychicznych: przyszłość zdrowia P5

Doświadczanie systemu opieki zdrowotnej jutra: przyszłość zdrowia P6

Odpowiedzialność za swoje ilościowe zdrowie: przyszłość zdrowia P7