Quantumrun

KREDIT ZA SLIKO: Quantumrun

Konec trajnih telesnih poškodb in invalidnosti: prihodnost zdravja P4

David Tal, založnik, futurist
@DavidTalPiše
LinkedIn

Torek, 09 - 15:2020

Da bi odpravili trajne fizične poškodbe, se mora naša družba odločiti: Ali se igramo Boga s svojo človeško biologijo ali postanemo del stroja?

Doslej smo se v naši seriji Prihodnost zdravja osredotočali na prihodnost farmacevtskih izdelkov in zdravljenja bolezni. In čeprav je bolezen najpogostejši razlog, zaradi katerega uporabljamo naš sistem zdravstvenega varstva, so lahko manj pogosti razlogi pogosto najresnejši.

Ne glede na to, ali ste bili rojeni s telesno prizadetostjo ali ste utrpeli poškodbo, ki začasno ali trajno omejuje vašo mobilnost, so možnosti zdravstvene oskrbe, ki so trenutno na voljo za vaše zdravljenje, pogosto omejene. Enostavno nismo imeli orodij, da bi v celoti popravili škodo, ki so jo povzročile napačne genetike ali hude poškodbe.

Toda do sredine leta 2020 se bo ta status quo postavil na glavo. Zahvaljujoč napredku pri urejanju genoma, opisanemu v prejšnjem poglavju, ter napredku v miniaturiziranih računalnikih in robotiki se bo doba trajnih telesnih bolezni končala.

Človek kot stroj

Ko gre za fizične poškodbe, ki vključujejo izgubo okončine, imajo ljudje presenetljivo ugodje z uporabo strojev in orodij za ponovno pridobitev mobilnosti. Najbolj očiten primer, protetika, je bila v uporabi že tisočletja, pogosto omenjena v starogrški in rimski literaturi. Leta 2000 so arheologi odkrili 3,000 let staro, mumificirani ostanki egipčanske plemkinje, ki je nosila nožno protezo iz lesa in usnja.

Glede na to dolgo zgodovino uporabe naše iznajdljivosti za ponovno vzpostavitev določene ravni fizične mobilnosti in zdravja ne bi smelo biti presenečenje, da je uporaba sodobne tehnologije za obnovitev popolne mobilnosti dobrodošla brez najmanjšega protesta.

Pametna protetika

Kot že omenjeno, je področje protetike sicer starodavno, a se je tudi počasi razvijalo. V zadnjih nekaj desetletjih je prišlo do izboljšav v njihovem udobju in realističnem videzu, vendar je bil šele v zadnjem desetletju in pol dosežen resničen napredek na tem področju, kar zadeva stroške, funkcionalnost in uporabnost.

Na primer, ko je nekoč protetika po meri stala do 100,000 dolarjev, lahko ljudje zdaj uporabite 3D tiskalnike za izdelavo protetike po meri (v nekaterih primerih) za manj kot 1,000 $.

Za tiste, ki nosijo nožne proteze, ki težko naravno hodijo ali plezajo po stopnicah, nova podjetja uporabljajo področje biomimikrije za izdelavo protetike, ki zagotavlja bolj naravno izkušnjo hoje in teka, hkrati pa zmanjša krivuljo učenja, potrebno za uporabo te proteze.

Druga težava s protetičnimi nogami je, da jih uporabniki pogosto boleče dolgo nositi, tudi če so narejene po meri. To je zato, ker nosilna protetika prisili amputirčevo kožo in meso okoli njegovega štora, da se zdrobita med kostjo in protezo. Ena od možnosti za rešitev te težave je namestitev nekakšnega univerzalnega konektorja neposredno v kost osebe z amputacijo (podobno očesnim in zobnim vsadkom). Na ta način lahko protetične noge neposredno "privijemo v kost". To odstrani kožo na bolečinah v mesu in amputirancu omogoča tudi nakup niza množično proizvedenih protetičnih izdelkov, ki jih ni več treba množično proizvajati.

Toda ena najbolj vznemirljivih sprememb, zlasti za amputirance z protetičnimi rokami ali rokami, je uporaba hitro razvijajoče se tehnologije, imenovane Brain-Computer Interface (BCI).

Bionično gibanje, ki ga poganjajo možgani

Prvič obravnavan v našem Prihodnost računalnikov seriji BCI vključuje uporabo vsadka ali naprave za skeniranje možganov za spremljanje vaših možganskih valov in njihovo povezovanje z ukazi za nadzor vsega, kar poganja računalnik.

Pravzaprav se morda niste zavedali, a začetki BCI so se že začeli. Amputiranci so zdaj testiranje robotskih udov nadzoruje neposredno um, namesto prek senzorjev, pritrjenih na štrcelj uporabnika. Prav tako so zdaj ljudje s hudimi motnjami (kot so tetraplegiki). uporabljajo BCI za krmiljenje svojih motoriziranih invalidskih vozičkov in manipulirati z robotskimi rokami. Do sredine leta 2020 bo BCI postal standard za pomoč amputirancem in invalidom pri bolj neodvisnem življenju. In do zgodnjih 2030-ih bo BCI postal dovolj napreden, da bo ljudem s poškodbo hrbtenice omogočil, da bodo spet hodili, tako da bodo svoje miselne ukaze pri hoji prenašali na spodnji del trupa prek hrbtenični vsadek.

Seveda izdelava pametne protetike ni vse, za kar bodo vsadki v prihodnosti namenjeni.

Pametni vsadki

Vsadki se zdaj testirajo za nadomestitev celih organov, z dolgoročnim ciljem odpraviti čakalne dobe, s katerimi se srečujejo bolniki, ko čakajo na presaditev darovalca. Med napravami za nadomeščanje organov, o katerih se največ govori, je bionično srce. Na trg je prišlo več modelov, a med najbolj obetavnimi je a naprava, ki črpa kri po telesu brez utripa … daje povsem nov pomen hodečim mrtvecem.

Obstaja tudi povsem nov razred vsadkov, ki so namenjeni izboljšanju človeške zmogljivosti, namesto da bi nekoga preprosto vrnili v zdravo stanje. Te vrste vsadkov bomo obravnavali v našem Prihodnost človeške evolucije seriji.

Toda glede na zdravje so zadnja vrsta vsadkov, ki jih bomo tukaj omenili, vsadki naslednje generacije, ki uravnavajo zdravje. Predstavljajte si jih kot srčne spodbujevalnike, ki aktivno spremljajo vaše telo, delijo vaše biometrične podatke z zdravstveno aplikacijo v vašem telefonu in ko zaznajo začetek bolezni, sproščajo zdravila ali električne tokove, da ponovno vzpostavijo ravnovesje vašega telesa.

Čeprav se to morda sliši kot znanstvena fantastika, DARPA (oddelek za napredne raziskave ameriške vojske) že dela na projektu, imenovanem ElectRx, okrajšava za Electrical Prescriptions. Na podlagi biološkega procesa, znanega kot nevromodulacija, bo ta majhen vsadek spremljal periferni živčni sistem telesa (živce, ki povezujejo telo z možgani in hrbtenjačo), in ko bo zaznal neravnovesje, ki lahko povzroči bolezen, bo sprostil električni impulze, ki bodo ta živčni sistem ponovno uravnovesili in telo spodbudili k samozdravljenju.

Nanotehnologija ti plava po krvi

Nanotehnologija je obsežna tema, ki se uporablja na najrazličnejših področjih in v panogah. V bistvu je to širok izraz za kakršno koli obliko znanosti, inženiringa in tehnologije, ki meri, manipulira ali vključuje materiale na lestvici od 1 do 100 nanometrov. Spodnja slika vam bo dala občutek, v kakšnem obsegu deluje nanotehnologija.

V kontekstu zdravja se nanotehnologija preiskuje kot orodje, ki bi lahko revolucioniralo zdravstveno varstvo tako, da bi do poznih 2030-ih v celoti nadomestilo zdravila in večino operacij.

Povedano drugače, predstavljajte si, da bi lahko vzeli najboljšo medicinsko opremo in znanje, potrebno za zdravljenje bolezni ali operacijo, in to kodirali v odmerek fiziološke raztopine – odmerek, ki ga lahko shranite v brizgi, pošljete kamor koli in ga vbrizgate vsakomur, ki jo potrebuje. zdravstvene oskrbe. Če bo uspešen, bo lahko zastarelo vse, o čemer smo razpravljali v zadnjih dveh poglavjih te serije.

Ido Bachelet, vodilni raziskovalec kirurške nanorobotike, določbe dan, ko manjši kirurški poseg preprosto vključuje zdravnika, ki injicira brizgo, napolnjeno z milijardami vnaprej programiranih nanobotov, v ciljno področje vašega telesa.

Ti nanoboti bi se nato razširili po vašem telesu in iskali poškodovano tkivo. Ko bi jih našli, bi nato z encimi odrezali poškodovane celice tkiva stran od zdravega tkiva. Zdrave telesne celice bi bile nato stimulirane, da odstranijo poškodovane celice in regenerirajo tkivo okoli votline, nastale z odstranitvijo poškodovanega tkiva. Nanoboti bi lahko celo ciljali in zavirali okoliške živčne celice, da bi dušili signale bolečine in zmanjšali vnetje.

S tem postopkom lahko te nanobote uporabimo tudi za napad na različne oblike raka, pa tudi na različne viruse in tuje bakterije, ki lahko okužijo vaše telo. In medtem ko so ti nanoboti še vsaj 15 let oddaljeni od široke uporabe v medicini, delo na tej tehnologiji že močno poteka. Spodnja infografika prikazuje, kako bi lahko nanotehnologija nekega dne preoblikovala naša telesa (prek ActivistPost. com):

Regenerativna medicina

Če uporabimo krovni izraz, regenerativna medicina, ta veja raziskav uporablja tehnike na področju tkivnega inženirstva in molekularne biologije za obnovitev delovanja obolelih ali poškodovanih tkiv in organov. V bistvu želi regenerativna medicina uporabiti celice vašega telesa za popravilo, namesto da bi celice vašega telesa nadomestila ali povečala s protetiko in stroji.

Na nek način je ta pristop k zdravljenju veliko bolj naraven kot zgoraj opisane možnosti Robocopa. Toda glede na vse proteste in etične pomisleke, ki smo jih videli v zadnjih dveh desetletjih zaradi gensko spremenjenih živil, raziskav izvornih celic in nazadnje kloniranja ljudi in urejanja genoma, je pošteno reči, da bo regenerativna medicina naletela na močno nasprotovanje.

Čeprav je te pomisleke enostavno povsem zavreči, je v resnici taka, da javnost veliko bolj intimno in intuitivno razume tehnologijo kot biologijo. Ne pozabite, protetika obstaja že tisočletja; zmožnost branja in urejanja genoma je mogoča šele od leta 2001. Zato bi mnogi ljudje raje postali kiborgi, kot da bi se ukvarjali z njihovo »bogom dano« genetiko.

Zato kot javna služba upamo, da bo spodnji kratek pregled tehnik regenerativne medicine pomagal odstraniti stigmo glede igranja Boga. Po vrstnem redu najmanj spornega za večino:

Matične celice, ki spreminjajo obliko

Verjetno ste v zadnjih nekaj letih slišali veliko o matičnih celicah, pogosto ne v najboljši luči. Toda do leta 2025 bodo izvorne celice uporabljene za zdravljenje različnih fizičnih stanj in poškodb.

Preden razložimo, kako jih bomo uporabili, je pomembno vedeti, da so matične celice v vsakem delu našega telesa in čakajo, da jih aktiviramo za popravilo poškodovanega tkiva. Pravzaprav je vseh 10 trilijonov celic, ki sestavljajo naše telo, nastalo iz tistih začetnih izvornih celic iz maternice vaše matere. Ko se je vaše telo oblikovalo, so se matične celice specializirale v možganske celice, srčne celice, kožne celice itd.

Dandanes lahko znanstveniki spremenijo skoraj vsako skupino celic v vašem telesu nazaj v te izvirne izvorne celice. In to je velika stvar. Ker se matične celice lahko spremenijo v katero koli celico v telesu, jih je mogoče uporabiti za celjenje skoraj vseh ran.

Poenostavljeno Primer matičnih celic pri delu vključuje zdravnike, ki vzamejo vzorce kože žrtev opeklin, jih spremenijo v matične celice, vzgojijo novo plast kože v petrijevki in nato uporabijo to novo zraslo kožo za presaditev/nadomeščanje opečene kože bolnika. Na naprednejši ravni se matične celice trenutno preizkušajo kot zdravljenje ozdravi bolezni srca in celo zdravi hrbtenjače paraplegikov, kar jim omogoča, da spet hodijo.

Toda ena od bolj ambicioznih uporab teh matičnih celic je uporaba na novo popularizirane tehnologije 3D tiskanja.

3D biotiskanje

3D biotiskanje je medicinska uporaba 3D tiskanja, pri kateri se živa tkiva tiskajo plast za plastjo. In namesto uporabe plastike in kovin kot običajni 3D tiskalniki, 3D biotiskalniki uporabljajo (uganili ste) izvorne celice kot gradbeni material.

Celoten postopek zbiranja in gojenja izvornih celic je enak postopku, opisanemu za primer opekline. Ko pa zraste dovolj matičnih celic, jih je mogoče nato vnesti v 3D-tiskalnik, da se oblikuje skoraj vsaka 3D-organska oblika, kot je nadomestna koža, ušesa, kosti, zlasti pa lahko tudi tiskarski organi.

Ti 3D natisnjeni organi so napredna oblika tkivnega inženiringa, ki predstavlja organsko alternativo prej omenjenim umetnim vsadkom organov. In tako kot ti umetni organi bodo ti tiskani organi nekega dne zmanjšali pomanjkanje darovanih organov.

Kljub temu ti tiskani organi predstavljajo tudi dodatno korist za farmacevtsko industrijo, saj se ti tiskani organi lahko uporabljajo za natančnejša in cenejša preskušanja zdravil in cepiv. In ker so ti organi natisnjeni z uporabo pacientovih lastnih matičnih celic, se tveganje, da pacientov imunski sistem zavrne te organe, drastično zmanjša v primerjavi z darovanimi organi ljudi, živali in nekaterih mehanskih vsadkov.

Še dlje v prihodnosti, do leta 2040, bodo napredni 3D biotiskalniki natisnili cele okončine, ki jih bo mogoče ponovno pritrditi na trup amputirancev, s čimer bo protetika postala zastarela.

Genska terapija

Z gensko terapijo začne znanost posegati v naravo. To je oblika zdravljenja, namenjena odpravljanju genetskih motenj.

Preprosto razloženo, genska terapija vključuje sekvenciranje vašega genoma (DNK); nato analizirajo, da bi našli okvarjene gene, ki povzročajo bolezen; nato spremenjeni/urejeni, da bi nadomestili te okvare z zdravimi geni (danes z uporabo orodja CRISPR, razloženega v prejšnjem poglavju); in nato končno ponovno vnesite te zdaj zdrave gene nazaj v svoje telo, da ozdravite navedeno bolezen.

Ko bi bila genska terapija izpopolnjena, bi jo lahko uporabljali za zdravljenje vrste bolezni, kot so rak, AIDS, cistična fibroza, hemofilija, sladkorna bolezen, bolezni srca, celo izbrane telesne okvare, kot je gluhost.

Genski inženiring

Uporaba genskega inženiringa v zdravstvu prihaja v resnično sivo območje. Tehnično gledano sta razvoj matičnih celic in genska terapija sami obliki genskega inženiringa, čeprav blagi. Vendar pa aplikacije genskega inženiringa, ki skrbijo večino ljudi, vključujejo kloniranje ljudi in inženiring oblikovanih dojenčkov in nadčlovekov.

Te teme bomo prepustili naši seriji Prihodnost človeške evolucije. Toda za namene tega poglavja obstaja ena aplikacija genskega inženiringa, ki ni tako sporna … no, razen če ste vegan.

Trenutno si podjetja, kot je United Therapeutics, prizadevajo gensko spremenjeni prašiči z organi, ki vsebujejo človeške gene. Razlog za dodajanje teh človeških genov je preprečiti zavrnitev teh prašičjih organov s strani imunskega sistema človeka, v katerega so vsajeni.

Ko bo uspešen, bo živino mogoče gojiti v velikem obsegu za dobavo skoraj neomejene količine nadomestnih organov za "kseno-transplantacijo" živali na človeka. To predstavlja alternativo zgornjim umetnim in 3D natisnjenim organom, s prednostjo, da je cenejši od umetnih organov in tehnično naprednejši od 3D natisnjenih organov. Kljub temu bo število ljudi z etičnimi in verskimi razlogi, ki nasprotujejo tej obliki proizvodnje organov, verjetno zagotovilo, da ta tehnologija nikoli ne bo postala zares mainstream.

Nič več telesnih poškodb in invalidnosti

Glede na pester seznam tehnoloških in bioloških metod čiščenja, o katerem smo pravkar razpravljali, je verjetno, da bo obdobje trajna telesnih poškodb in invalidnosti bo konec najpozneje do sredine 2040-ih.

In čeprav konkurenca med temi diametralnimi metodami zdravljenja ne bo nikoli zares izginila, bo njihov skupni učinek na splošno predstavljal pravi dosežek v zdravstvu ljudi.

Seveda to ni vsa zgodba. Do te točke je naša serija Prihodnost zdravja raziskala napovedane načrte za odpravo bolezni in telesnih poškodb, kaj pa naše duševno zdravje? V naslednjem poglavju bomo razpravljali o tem, ali lahko zdravimo svoj um tako enostavno kot svoje telo.