Газета «Новости медицины и фармации» 19 (391) 2011

«Программируемые» клетки могут стать основой совершенно новых форм жизни

Команда исследователей из университета Ноттингема (University of Nottingham) возглавляет научный проект, успех которого может «вытащить» синтетическую биологию из той узкой ниши, которую она занимает в настоящий момент, и сделать эту область одной из господствующих и определяющих дальнейшее развитие человечества. Исследователи из Великобритании, США, Израиля и Испании пытаются создать так называемую перепрограммируемую клетку, которая может выполнять функции клетки любой ткани в зависимости от заложенной в нее программы. Эта клетка чем-то напоминает компьютер с операционной системой, который может выполнять те или иные функции под управлением различных программ. Другими словами, ученые пытаются создать специализированное «клеточное» программное обеспечение, которое позволит изменять «на лету» живые клетки, не меняя их структуры, т.е. не затрагивая их «аппаратную часть».

Этот проект в случае успеха станет не то что огромным шагом, а огромным прыжком вперед для синтетической биологии. Благодаря новым возможностям ученые смогут легко и быстро программировать клетки на выполнение различных задач, таких как, к примеру, создание совершенно новых форм жизни, которые ранее не существовали в природе. Такое программирование позволило бы реализовать быстрое экспериментирование с различными формами жизни, сэкономив немало времени и энергии ученых-биологов, вынужденных начинать все с чистого листа в случае неудачных экспериментов.

Первой задачей, решаемой учеными в рамках данной программы, является наделение свойствами перепрограммирования бактерий типа E.сoli. Если первые опыты пройдут успешно, то приблизительно через пять лет ученые научатся повторно перепрограммировать клетки, создавая для этого соответствующие программы, написанные на специализированном языке. Такая компьютеризация позволит ученым создать библиотеки готовых программ и обмениваться частями кода этих программ, а это, в свою очередь, обусловит развитие области синтетической биологии по экспоненте, а не по сантиметру вперед, как продвигается она сейчас благодаря использованию метода проб и ошибок.

Сейчас многие считают синтетическую биологию чем-то вроде «игры в бога», ведь с ее помощью создаются совершенно новые формы жизни. Но, в конце концов, у этой области науки имеется огромный потенциал, чтобы буквально войти практически во все двери, начиная с производства новых фармацевтических препаратов и до разработки технологий получения экологически чистой энергии. Перепрограммируемые живые клетки и микроорганизмы могут быть настроены таким образом, что смогут ликвидировать последствия экологических катастроф, очищать воздух от вредных веществ, удалять загрязнения из воды, противостоять другим микроорганизмам, атакующим организм человека, и продолжать этот перечень можно практически бесконечно. А «операционная система» для клеток, способная выполнять любую программу, может стать технологией, предоставляющей все вышеперечисленные возможности.

Человекоподобные биочипы позволят ускорить тестирование новых препаратов и методов лечения

Известно, что новые лекарственные препараты и вакцины после их разработки проходят многоэтапные проверки и испытания. И самым важным этапом является этап клинических испытаний, который позволяет выявить все воздействия и побочные эффекты, оказываемые препаратом на живые организмы. В начале цепочки клинических испытаний стоят испытания на грызунах, на многострадальных лабораторных мышах и крысах, затем проводятся испытания на животных-приматах, а уж после этого дело доходит и до испытаний на людях-добровольцах. Все это занимает немалое время и требует больших финансовых затрат, поэтому Управление перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA собирается заменить все вышеуказанные стадии клинических испытаний испытаниями на специальных биочипах, на миниатюризированных версиях человеческого тела и органов.

Спроектированная на генном уровне человеческая ткань может рассказать ученым гораздо больше, чем мертвая морская свинка или крыса. Помимо этого, чистота экспериментов с использованием биочипов позволит ученым получать более точные результаты касательно воздействий лекарств или вакцин. По мнению DARPA, внедрение в исследования подобных биочипов позволит более оперативно реагировать на внезапно возникающие эпидемии или применение бактериологического или биологического оружия.

Разрабатываемые биочипы будут достаточно точно копировать функции человеческих органов и других физиологических систем. Это позволит при испытаниях лекарственных препаратов точно выяснить то, что действительно произойдет в теле настоящего человека. Системы биочипов, соединенные вместе, смогут моделировать работу сложных систем организма: кровеносной, эндокринной, желудочно-кишечной, дыхательной и других.

DARPA и Национальный институт здравоохранения планируют потратить сумму в 70 миллионов долларов на реализацию программы Microphysiological Systems, которая рассчитана на пять лет. В сентябре этого года программе Microphysiological Systems был дан зеленый свет.

Благодаря разработке новых биочипов военные получат в свои руки средство, которое позволит оперативно реагировать на биотеррористические угрозы. У фармацевтических компаний будет возможность быстрой разработки и проверки новых вакцин и лекарственных препаратов, благодаря чему пациенты смогут своевременно получать новые — более безопасные и более эффективные — лекарственные препараты.

В Голландии в микрохирургии глаза скоро начнут использовать роботов

Инженеры Технического института Эйндховена в сотрудничестве с медиками сконструировали робота для глазной микрохирургии, позволяющего выполнять операции на сетчатке и стекловидном теле с высочайшей точностью. Хирург управляет им с помощью джойстика, причем робот компенсирует тремор рук и слишком широкие движения, благодаря чему возраст врача перестанет быть помехой для проведения операций такого рода.

Инструменты в «руках» робота имеют толщину всего 0,5 мм — пинцет, хирургические ножницы, дренажные трубки и т.д. Игла всегда входит в глаз в одной и той же точке, чтобы свести к минимуму повреждения. Специальный механизм меняет инструменты за считанные секунды. Быстрота очень важна, так как в течение операции инструменты приходится менять десятки раз. Робот обеспечивает обратную связь, передавая на джойстик многократно усиленное сопротивление инструмента, благодаря чему хирург чувствует эффект каждого своего действия.

Обычно хирургу приходится нагибаться над пациентом, но с помощью робота действовать можно из удобного сидячего положения. Первая операция на живом человеке с помощью нового робота будет проведена в течение ближайших пяти лет.

Парализованным пациентам помогут роботы

Компания Toyota Motor намерена предложить здравоохранению высокотехнологичные решения. В настоящее время компания разрабатывает семейство роботов, которые будут поднимать парализованных пациентов и помогут им передвигаться на своих ногах.

Ожидается, что продажи медицинских роботов начнутся в 2013 году.

«Toyota постарается предоставить возможность передвигаться всем пациентам, – отмечается в пресс-релизе компании. – Из опыта работы Toyota Memorial Hospital и других медицинских учреждений нам известно, что сегодня имеется ощутимая потребность в роботах для ухода за больными и решения других медицинских задач. Мы намерены приложить все силы к тому, чтобы вернуть людей с различными повреждениями и заболеваниями к нормальному образу жизни, а тем, кто ухаживает за ними, — упростить задачу».

К роботизированным устройствам такого рода относится семейство механических экзоскелетов Toyota Partner Robot, закрепляемых на ногах пациентов. Робот Independent Walk Assist поможет научиться ходить заново.

Модель Independent Walk Assist прикрепляется к парализованной ноге и обеспечивает ее сгибание в колене, что позволяет человеку передвигаться естественным образом.

Это устройство напоминает роботизированный экзоскелет, который был разработан исследователями из Калифорнийского университета в Беркли и помог парализованным студентам подняться весной на сцену для получения дипломов. Над созданием таких роботов-помощников в университете начали работать в 2000 году, когда Министерство обороны США разместило заказ на создание устройств, помогающих солдатам переносить тяжести.

Компания Toyota работает и над созданием других медицинских роботов. Устройство Patient Transfer Assist оснащено мобильной платформой, подъемными механизмами и роботизированными средствами управления, которые помогают пациентам передвигаться так, словно их поддерживает другой человек. Робот может использоваться обслуживающим персоналом или самими пациентами.

Каждый такой робот создается на основе самых передовых технологий, разработанных Toyota. К ним относятся высокоскоростные и высокоточные средства управления двигателями, надежные технологии управления движениями при ходьбе, специально созданные для двуногих роботов, и датчики, регистрирующие положение пользователя, характер захвата и удерживающую силу.

Например, рычаги Patient Transfer Assist снабжены механизмом точного управления и обеспечивают бережное перемещение, напоминающее передвижение при поддержке другого человека.

На симпозиуме, проходившем в Кембридже, экономисты из Массачусетского технологического института заявили, что в перспективе роботы и компьютеры найдут широкое применение в качестве рабочей силы. Со временем они вытеснят людей, выполняющих задачи средней сложности в офисах и call-центрах.

По мнению экономистов, переход к использованию на рабочих местах роботов изменит экономику ближайшего будущего и породит спрос на переобучение работников.

В последнее десятилетие роботизированные экзоскелеты стали объектом широкого изучения. В 2009 году японская компания Cyberdyne создала роботизированный комплект Robot Suit HAL. Экзоскелет Hal надевается как обычный костюм и помогает передвигаться людям, перенесшим инсульт или пострадавшим в авариях.