Текст книги "Эпоха дополненной реальности"

В марте 2015 года китайские ученые объявили[267]267
  См.: Liang, et al. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes // Protein & Cell. – 2015. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] об успешном применении технологии CRISPR/Cas9 для исправления гена, обусловливающего развитие β-талассемии, потенциально смертельного наследственного заболевания крови[268]268
  Выражается в нарушении синтеза гемоглобина и, как следствие, развитии тяжелой анемии. – Примеч. пер.


[Закрыть], у нежизнеспособных человеческих эмбрионов. В ходе этого эксперимента 86 зиготам были сделаны инъекции, а спустя 48 часов были повторно замерены показатели их жизнеспособности. Этого было достаточно, чтобы система CRISPR/Cas9 заменила дефектную ДНК, чтобы нормальный код начал работать, а эмбрионы начали деление вплоть до размера в восемь клеток. Из 86 эмбрионов процедуру перенес 71, из них 54 были подвергнуты генетическому анализу. Оказалось, что правильные разрезы в ДНК были внесены только у 28 эмбрионов, а замена гена на нормальную копию прошла лишь в нескольких.

Результаты, подобные вышеописанному, не только поднимают фундаментальные вопросы этичности подобных исследований и делают технологию CRISPR уязвимой для критики, но и указывают на то, что генная инженерия все еще не является, строго говоря, точной наукой. Для реально успешного применения методов генной терапии вмешательство должно быть предельно избирательным и исключать всякую возможность ошибки и повреждения генома. В этом плане наиболее перспективной представляется самая последняя разработка генных инженеров – система TALEN (сокращение от «Transcription Activator like Effector Nucleases» – «эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции»), позволяющая минимизировать нецелевое встраивание редактирующих белков в структуру ДНК, не нуждающихся в исправлении. Этот метод открывает перед учеными значительно большую свободу действий в плане синтеза белков, предназначенных для модификации ДНК, и гарантирует их избирательное и строго целевое воздействие на геном в долгосрочной перспективе.

Какая бы из технологий в итоге ни привела к долгожданному прорыву, к которому так стремятся ученые, методы генной инженерии в ближайшее десятилетие будут кардинально усовершенствованы и станут стандартным средством лечения наследственных, генетически обусловленных заболеваний и патологий. Нам больше не придется лечить симптоматические проявления болезней. Вместо этого мы будем устранять их на клеточном уровне.

Ближайшие перспективы применения генной терапии (2020–2030)

Начало практического применения генной терапии не за горами и сулит нам ошеломляющие и просто революционные перспективы. Разработки в этой области ведутся столь интенсивными темпами, что сообщения о новых достижениях и открытиях ученых появляются чуть ли не еженедельно. На момент публикации этой книги значительный прогресс был достигнут в области применения методов генной терапии для улучшения состояния пациентов или потенциально полного их излечения при следующих генетически обусловленных заболеваниях и расстройствах (перечислены лишь самые значимые достижения).

1. Слух: глухота, возрастная потеря слуха, тиннитус[269]269
  Звон или шум в ушах, субъективный симптом, который может быть связан с самыми разными нарушениями. – Примеч. пер.


[Закрыть], болезнь Меньера.

2. Зрение: врожденная и приобретенная слепота различной этиологии, включая амавроз Лебера, наследственную ретинопатию и хороиридеремию[270]270
  Три разновидности наследственных патологий сетчатки. – Примеч. пер.


[Закрыть].

3. Наследственные, генетические и аутоиммунные заболевания: нервно-мышечные и дисфункции, включая дистрофию мышц, боковой амиотрофический склероз, миастению тазового и плечевого мышечного пояса (вызывается пороком гена DOK 7), мышечную дистрофию Эмери – Дрейфуса, спинальную мышечную атрофию и миотубулярную миопатию, а также прогрессирующие возрастные неврологические заболевания, включая болезни Паркинсона, Альцгеймера и атаксию Фридрейха. Даже депрессия, оказывается, поддается лечению посредством восполнения дефицита белка p11 в тканях головного мозга.

4. Онкологические и гематологические заболевания: лейкемия, острый миелоидный лейкоз, глиома, рак поджелудочной железы, рак печени, гемофилия, серповидноклеточная анемия.

5. ВИЧ/СПИД: исследования показали, что удаление генов белка-рецептора CCR-5 из структуры ДНК лейкоцитов приводит к выработке у пациентов устойчивого иммунитета к ВИЧ-инфекции.

6. Сердечно-сосудистые и легочные заболевания: острая сердечная недостаточность, повышенный уровень кальция, застойная сердечная недостаточность, заболевания периферических артерий, муковисцидоз, дефицит альфа-антитрипсина, астма, дыхательная недостаточность, отек легких.

Генная терапия поможет нам исправлять ошибки в наших ДНК и за счет этого побеждать наследственные болезни и врожденные нарушения. Возможности в этом плане открываются потрясающие, а главное – вполне достижимые средствами современной науки. Сочетание методов генной инженерии и терапии с использованием стволовых клеток, сенсорного мониторинга и других средств онлайнового отслеживания состояния нашего здоровья позволит нам фактически поставить болезни и их лечение под небывалый по полноте контроль. Вполне вероятно, что за ближайшие 20 лет будет достигнут больший прогресс в диагностике и лечении заболеваний, чем за все предыдущее столетие развития современной медицины. К 2030 году общедоступность продвинутых медицинских технологий и средств генной терапии потенциально может привести к продлению ожидаемой продолжительности жизни граждан развитых стран на 20–30 лет относительно современного уровня.

Пересадка трансгенных органов (2025–2040)

Разумно предположить, что, по доведении до совершенства методов редактирования генома, следующим шагом на пути медико-биологических исследований станет усовершенствование наших ДНК. Трансгенез (генетическая модификация или генная модификация) – внесение в организм чужеродных генов – уже продемонстрировал весьма многообещающие результаты в области гибридизации человека и животных. И хотя проблема этичности внесения ДНК животного в организм человека очевидна, использование фрагментов человеческой ДНК в животных ограничивается не столь жестко.

Первым успешным продуктом трансгенной инженерии стала выведенная в 1982 году «супермышь» с внедренным на зародышевой стадии геном гормона роста человека. Следом были успешно получены трансгенные кролики, свиньи, козы, овцы, рыбы, коровы – и, наконец, приматы. Если не вдаваться в излишние подробности, основополагающий принцип трансгенеза – внедрение в организм модифицируемого животного чужеродного гена или генов (так называемых трансгенов). При этом новые гены «должны внедряться в зародышевую линию клеток, чтобы все без исключения клетки животного содержали один и тот же модифицированный генетически материал»[271]271
  «Transgenic Animals», Canadian Council on Animal Care. – Примеч. авт.


[Закрыть].

Возьмем следующие примеры. Генномодифицированные (ГМ) лососевые растут в 10–11 раз быстрее обычных благодаря внедрению в их геном фрагмента, обеспечивающего ускоренную выработку гормонов роста, а ГМ-рыбки данио светятся в темноте благодаря внедрению в их ДНК гена флуоресцентного белка, заимствованного у медузы. Полученные на сегодняшний день линии трансгенных мышей включают животных с встроенными в ДНК генами белков-предшественников β-амилоида, накопление которого вызывает развитие у человека болезни Альцгеймера, – а также мышей с повышенным количеством синаптических рецепторов, связанных с геном протеина NR2B и, как следствие, повышенной способностью к обучению на протяжении всей жизни. ГМ-свиньи, возможно, в будущем позволят выращивать в своем организме пригодные для пересадки с минимальным риском отторжения сердца, легкие, почки и т. п. Молоко трансгенных коров содержит лактоферрин и интерфероны, полностью идентичные содержащимся в грудном материнском молоке, а неспособные к синтезу белка-предшественника приона животные делаются неуязвимыми для коровьего бешенства. Методами трансгенной инженерии выведены даже козы, в молоке которых содержатся волокна паутинного шелка!

Использование генетически модифицированных культур в сельском хозяйстве сулит человечеству огромную пользу, позволяя обеспечить продовольственную безопасность за счет повышения урожайности и устойчивости генномодифицированных видов и сортов к заболеваниям, что как нельзя более кстати при глобальных климатических изменениях.

Трансгенные технологии, позволяющие передавать гены одного вида растений другому и выводить новые сорта с улучшенными характеристиками, – самое многообещающее направление развития в плане обеспечения продовольственной безопасности на ближайшие 15–20 лет.

Из доклада Национального совета по разведке[272]272
  Национальный совет по разведке (англ. National Intelligence Council, NIC) – межведомственный координационный орган для выработки согласованных среднесрочных и долгосрочных стратегических решений в рамках разведывательного сообщества США. – Примеч. пер.


[Закрыть] «Глобальные тенденции 2030: альтернативные миры», 2012 год

Трансгенные технологии, позволяющие составлять «коктейли» из свойственных человеку и животным характеристик на генетическом уровне, со временем приведут к созданию широчайшего спектра самых причудливых гибридов. Ведь нам есть чему позавидовать, если внимательнее присмотреться к способностям и возможностям «бессловесных тварей». Собаки обладают гораздо лучшим обонянием, чем мы; кошки – способностью видеть в темноте; некоторые приматы – более точной памятью[273]273
  В экспериментах, проведенных японскими учеными во главе с Тецуро Мацузавой (Tetsuro Matsuzawa) было показано, что объем кратковременной (оперативной) памяти у шимпанзе может превосходить возможности человека. См.: Inoue, Matsuzawa. Working memory of numerals in chimpanzees // Current Biology. – 2007. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть], а птицы – более острым зрением. Заглядывая вперед, в те дни, когда мы сможем применять трансгенные технологии к самим себе, многие, вероятно, представят себе генетически модифицированного человека как некое собирательное существо, объединившее в себе все максимально реализованные у других существ возможности: зрение как у орла, регенерация тканей как у ящерицы, плавательные способности как у дельфина и способность задерживать дыхание под водой как у крокодила…

В марсианской трилогии Кима Стенли Робертсона[274]274
  Ким Стенли Робинсон (англ. Kim Stanley Robinson, р. 1952) – американский писатель-фантаст, завоевавший всемирную славу трилогией, посвященной гипотетическим проблемам и возможностям колонизации Марса: «Красный Марс» («Red Mars», 1992), «Зеленый Марс» («Green Mars», 1993) и «Голубой Марс» («Blue Mars», 1996). – Примеч. пер.


[Закрыть] предлагается вносить в ДНК людей-колонистов гены животных как часть регулярных процедур, направленных на продление жизни (которые были, по сути, корректирующей генной терапией, направленной на исправление ошибок в геноме и восстановление теломер). Одна из героинь этого научно-фантастического эпоса по такому случаю добавила себе «ген мурлыканья». Кроме того, рассматривалась теоретическая возможность генетического перепрограммирования организма человека с использованием геномной последовательности крокодила, отвечающей за выработку гемоглобина и избавляющей от негативных последствий пока еще неизбежного на Марсе кислородного голодания и избытка CO₂.

Успехи синтетической биологии, вероятно, скоро приведут к началу промышленного производства новых средств диагностики и лечения заболеваний. При этом параллельным курсом и, надо полагать, не меньшими темпами будут вестись разработки в области регенеративной медицины. К примеру, выращивание искусственных органов для трансплантации (как минимум – почек и печени) начнется, по прогнозам, к 2030 году.

Рисунок 5.11. 3D-печать уже используется для получения имплантатов – заменителей разрушенных фрагментов костной ткани при реконструкции черепа (источник: Osteofab)

Трехмерная биопечать

Как уже было сказано в главе 2, 3D-печать имеет неимоверно широкий спектр будущих возможностей прикладного использования как в промышленности, так и в быту. Тут мы, однако, остановимся чуть подробнее лишь на одном многообещающем ее применении – биопечати. Технология позволяет воспроизвести на 3D-принтере орган, кость или ткань (например, мышечную) и заменить ею поврежденную или утраченную. Одна из самых захватывающих перспектив – применение подобных методов в регенеративной медицине для замещения поврежденных или утраченных тканей и органов. При хирургической реконструкции лица технология 3D-печати широко используется уже сегодня.

По сравнению с небиологическими технологиями 3D-печати биопечать, конечно, сопряжена с дополнительными трудностями, обусловленными, в частности, необходимостью подбора биосовместимых материалов, видов клеток, использования специфических факторов роста и дифференциации. Есть и технические проблемы, связанные с чувствительностью живых клеток, структурированием тканей и сосудов.

Решение этих отнюдь не простых задач требует комплексного подхода с использованием технологий из столь разных отраслей, как техническая и биоинженерия, молекулярная и цитобиология, физика и медицина. Тем не менее технология трехмерной биопечати уже успешно апробирована при трансплантации нескольких видов тканей, включая многослойную кожную, костную, сосудистую (при шунтировании), трахейную, сердечную и хрящевую. Другие применения трехмерной печати включают высокопроизводительное моделирование тканей для научно-исследовательских нужд, испытаний новых лекарств и токсикологических исследований.

3D-печать уже нашла практическое применение при проведении ряда широко распространенных медицинских процедур. Например, в 2012 году врачи Мичиганского университета успешно использовали этот метод для реконструкции трахеи трехмесячного пациента, страдавшего регулярно повторявшимися спазмами дыхательных путей[275]275
  David A. Zopf et al., «Bioresorbable Airway Splint Created with a Three-Dimensional Printer», New England Journal of Medicine 368, no. 21 (2013): 2043–2045. – Примеч. авт.


[Закрыть]. Другие практические достижения включают примеры успешной распечатки и пересадки челюстного протеза и фрагмента черепной кости (у двух разных пациентов). В экономическом плане трехмерная печать имплантатов представляет собою бурно развивающуюся отрасль и уже принесла компаниям-«первопечатникам» свыше 500 млн долларов доходов в мировом масштабе по итогам 2014 года, а к 2016 году эта цифра, согласно прогнозам, удвоится[276]276
  По оценке экспертов Grand View Research, к 2022 году глобальный рынок 3D-биопечати превысит 1,8 млрд долларов. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть].

В 2006 году профессор Энтони Атала из Университета Уэйк-Форест в Северной Каролине использовал струйный принтер для «выращивания» имплантатов мочевого пузыря. Биопечать органа для пациента начиналась с забора клеток мышц и стенки кишечника. Эти клетки выращивались в лаборатории, пока не набиралось достаточное количество для помещения в специальный каркас, структура которого имитирует структуру мочевого пузыря. По мере роста живой ткани каркас рассасывался, а затем готовый орган пересаживался пациенту. Последующие анализы показали, что такие искусственные мочевые пузыри функционируют не хуже восстановленных хирургически с помощью тканей кишечника и не ведут к развитию побочных эффектов. Все пациенты, перенесшие эту операцию, живы и здоровы и по сей день. Другими перспективными кандидатами на замену методами регенеративной медицины и 3D-печати являются щитовидная железа, почки и печень. Профессор Атала, отметим, добрался уже и до создания искусственных «мини-сердец» размером пока лишь 0,25 мм – за счет перепрограммирования клеток кожи в клетки сердечной мышцы и их выращивания в клеточной культуре. 3D-печать использовалась для создания органа нужной формы и размера. Наконец, в марте 2015 года российская биотехнологическая компания[277]277
  Речь идет о работе российской лаборатории 3D Bioprinting Solutions, резиденте фонда «Сколково». В 2014 году компания представила первый отечественный биопринтер собственной разработки, а в 2015 году напечатала с его помощью органный конструкт щитовидной железы мыши. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] из Сколково отчиталась об успешной трансплантации подопытной мыши «печатной» щитовидной железы и пообещала развить этот успех до масштабов 3D-печати человеческих почек не позднее 2018 года.

Осуществив все эти биомедицинские усовершенствования, мы, вероятно, лет через 30–40 станем в буквальном смысле инженерами-разработчиками «совершенного человеческого существа». Во всяком случае, многие люди получат возможность избавиться от заложенных в их генетическом коде ошибок и продлить свою жизнь. А медицинское сообщество научится бороться с раком и иными наследственными и генетически обусловленными заболеваниями на уровне индивидуального генома, а также корректировать наше здоровье, избирательно воздействуя на клетки и органы. Понятно, что все это звучит как нечто из области научной фантастики, но до практической реализации многих из этих технологий – рукой подать.

Глава 6
Человек дополненный

…сама мысль о том, что будущее будет отличаться от настоящего, настолько претит привычному ходу мысли и устоявшимся моделям поведения, что большинство из нас решительно гонят ее от себя.

Джон Мейнард Кейнс[278]278
  Джон Мейнард Кейнс (англ. John Maynard Keynes, 1883–1946) – английский экономист, основоположник современной макроэкономической теории, получившей впоследствии название «кейнсианской». – Примеч. пер.


[Закрыть], 1937 год

Мы соберем его заново

Хью Герр[279]279
  Хью Герр (англ. Hugh Herr, р. 1964) – американский альпинист, инженер и биофизик. В январе 1982 года при экстремальном восхождении на гору Вашингтон (1917 м) получил тяжелое обморожение, в результате которого лишился стоп и части голеней обеих ног, которые пришлось ампутировать. После реабилитации Герр разработал и заказал для себя особые титановые протезы, позволившие ему вернуться к занятиям альпинизмом. – Примеч. пер.


[Закрыть] – прирожденный альпинист. В восемь лет он стал самым юным покорителем отвесного склона пика Темпл в Скалистых горах Канады высотой 3,5 км. В 17 лет он был признан одним из лучших альпинистов восточного побережья США[280]280
  По версии альпинистского клуба Rock and Ice. – Примеч. авт.


[Закрыть]. В январе 1982 года Герр с напарником Джеффом Батцером совершали восхождение по технически сложному маршруту на гору Вашингтон.

Внезапно началась снежная буря. Температура воздуха упала до -29 °C, скорость порывов ветра превышала 150 км/ч. Альпинисты предприняли попытку спуститься, но сбились с пути в ледниковой долине, известной под названием «Большой залив». Пытаясь найти дорогу вниз, они наткнулись на следы снегохода и решили воспользоваться ими в качестве ориентира, однако в условиях плохой видимости пошли не в ту сторону – дальше на север, прочь от цивилизации и безопасности.

Три ночи они провели на морозе под ледяным шквальным ветром. В придачу ко всему Герр провалился под лед при попытке переправиться через горную реку и насквозь промок. По счастью, им удалось укрыться от ветра в гроте. Когда наконец подоспела помощь, альпинисты были в критическом состоянии. Еще одной ночи в горах Герр бы не пережил. Поскольку он уже был нетранспортабелен, на подмогу вызвали военный вертолет, доставивший обмороженных альпинистов в больницу в Нью-Гемпшир. Вопреки усилиям врачей, ноги Герру спасти не удалось, и их пришлось ампутировать почти по колени из-за глубокого обморожения. Герр был в отчаянии: как ни поверни, на карьере альпиниста можно было ставить жирный крест.

Столь трагически лишившись возможности заниматься любимым делом, Герр решил посвятить себя учебе. Сначала он изучал физику в местном колледже, затем получил диплом инженера-механика в Массачусетском технологическом институте и, наконец, защитил диссертацию по биофизике в Гарварде. Благодаря полученным знаниям он сделал выдающуюся карьеру в бионике и разработке роботизированных протезов – и сегодня возглавляет лабораторию биомеханики MIT Вот как Герр описывает собственные ощущения от жизни с протезами вместо ног:

Во мне титан, углерод и кремний, куча гаек и болтов. Мои съемные конечности управляются двенадцатью компьютерами, оснащены пятью сенсорными датчиками и имитирующими мышцы системами привода, которые позволяют мне двигаться целый день.

Хью Герр, из интервью радио NPR[281]281
  «The Double Amputee Who Designs Better Limbs», NPR Radio, эфир 10 августа 2011 года. – Примеч. авт.


[Закрыть]

Жизнь распорядилась так, что в результате несчастного случая альпинист Герр стал специалистом по протезированию и теперь конструирует все более совершенные искусственные конечности. Сам он не только вновь обрел способность совершать восхождения на горные вершины, но делает это даже лучше, чем до потери ног. Альпинизм – спорт конкурентный, и когда Герр стал опережать по достигнутым результатам соперников со здоровыми конечностями, некоторые из них заявили, что ампутируют себе ноги и заменят их на чудо-протезы, чтобы не отставать от Герра[282]282
  Из интервью Герра программе «Who Says I Can’t?» (июль 2012). – Примеч. авт.


[Закрыть].

Предназначенные для скалолазания протезы Герра мало похожи на традиционные. Попытавшись поначалу примерить скальные туфли на обычные протезы, Герр понял, что это бесполезно и подход должен быть иным: совсем не обязательно имитировать в протезе строение человеческой стопы. Он облегчил его, убрав из конструкции ставшую лишней пятку, зато повысил прочность подверженных наибольшим нагрузкам участков, после чего экспериментально нашел оптимальный угол стопы протеза относительно голени, оснастил подошву скалолазными шипами, а саму стопу максимально сузил к мыску, чтобы удобнее было цепляться за трещины в скалах. Стопа скалолазного протеза получилась очень компактной – размером с ножку младенца. Все эти усовершенствования в итоге и дали ему преимущество перед здоровыми соперниками.

Рассказывая о своих протезах, Герр не скупится на эпитеты: «прекрасные», «продвинутые», «модернизируемые», «технически совершенные» и даже «неубиваемые» и «вечные». Он рассчитывает, что к 80 годам будет ходить лучше и с меньшими затратами энергии, чем люди с обычными ногами. В этом и состоит парадокс: в то время как биологическое тело изобретателя медленно дряхлеет, его механическое тело со временем только совершенствуется.

3D-печатный бионический человек

В прошлом самыми распространенными «дополнениями» организма были костыли и трости, а также слуховые трубки для слабослышащих, первые упоминания о которых встречаются в литературе начала XVII века[283]283
  Первое известное описание слуховой трубки содержится в труде французского священника и математика Жана Лерешона «Récréations mathématiques», датированном 1624 годом. – Примеч. авт.


[Закрыть]. Первый найденный археологами протез датируется IX–X веком до н. э. и представляет собою искусственный палец ноги из обклеенного кожей дерева, найденный в захоронении знатной дамы[284]284
  Речь идет о захоронении, раскопанном в 2000 году близ древнеегипетских Фив. Более строгая датировка находки – между 1069 и 664 годами до н. э. Наряду с ней известен и тканево-клеевой протез пальца ноги, датируемый от 1295 до 664 года до н. э., – «Великий палец Гревилля Честера», названный в честь коллекционера, приобретшего артефакт для Британского музея. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. Сегодня в повседневной жизни широко используются всевозможные технологические «дополнения» – инсулиновые помпы, электрокардиостимуляторы, аппараты диализа, лазерные средства коррекции зрения и т. п. Разница между ними и чудо-протезами доктора Хью Герра не так уж велика. Человечество начало изыскивать способы восполнения своих телесных недостатков тысячи лет тому назад – и никогда не сворачивало с этого пути.

В последние годы одним из самых революционных изобретений в этой области стала технология объемной печати протезов на 3D-принтерах. В прошлом индивидуальное проектирование и изготовление работоспособных протезов было делом трудоемким и дорогостоящим. Но вот 3D-принтеры (тоже в определенном смысле роботы) заинтересовали хакеров и «мейкеров»[285]285
  Технологично-ориетированная субкультура, направленная на широкое развертывание инновационных проектов, стартапов и социально значимых решений частными лицами и командами энтузиастов, использующих самые передовые достижения науки и техники, от 3D-печати до генной модификации и даже космонавтики. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. С их помощью умельцы стали проектировать и строить роботизированные детали для себя и своих близких. Сообщество пользователей 3D-печати открыто, коды создаваемых моделей находятся в свободном доступе, поэтому люди стали делиться друг с другом новыми конструкциями и разработками, что привело к стремительному прогрессу в этой области. Сложные протезы кисти или предплечья с кистью, которые еще недавно были не по карману многим инвалидам (а то и подавляющему их большинству), теперь можно приобрести всего за несколько сотен долларов. Число разработчиков растет не по дням, а по часам, и не исключено, что в скором времени искусственные конечности превзойдут по своим возможностям настоящие.

Современные печатные протезы анатомически безупречны по форме и в точности воспроизводят всевозможные косметические особенности, такие как поры и родинки, опечатки пальцев, ногти с маникюром, волосяной покров и даже татуировки. Реалистично выглядящие протезы помогают легче пережить эмоциональную травму, вызванную утратой конечности, особенно если они способны обеспечить обмен нервными импульсами с головным мозгом, позволяя осязать и контролировать подвижность. Но самое главное то, что протезы будущего будут практически неотличимы от живых.

Рисунок 6.1. Протезы, созданные с помощью 3D-печати, не только дешевле традиционных, но и могут быть спроектированы с учетом индивидуальных особенностей и потребностей заказчика

Некоторые разработчики подходят к конструированию 3D-печатных протезов с позиции их максимальной персонализации. Компании, подобные UNYQ – стартапу, созданному при спонсорской поддержке со стороны калифорнийского Университета сингулярности[286]286
  Singularity University (SU) – частная компания, образовательный центр и бизнес-инкубатор, основанный уже фигурировавшими на страницах книги футурологами Рэем Курцвейлом и Питером Диамандисом при поддержке НАСА, Google, Cisco и других корпораций. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть], – даже позиционируют свою протезную продукцию в качестве модного дизайнерского аксессуара.

В музыкальном видеоклипе, крутившемся в 2014 году на британском Channel 4, певица и модель латышского происхождения Виктория Модеста[287]287
  Виктория Модеста (англ. Viktoria Modesta, псевдоним Виктории Москаловой, р. 1988) – британская певица и фотомодель родом из Даугавпилса (Латвия), в 1999 году переехавшая вместе с родителями в Лондон. Из-за родовой травмы левой ноги до 2007 года практически не могла ходить, несмотря на многочисленные перенесенные операции, после чего решилась на ампутацию. – Примеч. пер.


[Закрыть] уверенно исполняла танцевальные па, используя при этом набор специализированных протезов. Первая из показанных в ролике искусственных конечностей представляла собою простой черный конус с эффектным острием на конце, вторая – ногу с яркой светодиодной подсветкой, другие были украшены всевозможными декоративными орнаментами. Любительница драматичных эффектов, Модеста сделала протезы частью своего сценического имиджа.

В марте 2015 года актер Роберт Дауни-младший, более всего известный по роли Тони Старка в фильмах Marvel «Железный человек» и «Мстители», поддержал инициативу Microsoft, получившую название «Коллективный проект». Дауни попросили сыграть Тони Старка в роли дарителя 3D-печатного роботизированного протеза нового поколения семилетнему Алексу Прингу из Центральной Флориды, лишившемуся правой руки выше локтя. Протез, изготовленный Limbitless Solutions[288]288
  Волонтерская группа во главе с Альбертом Манеро, студентом инженерии из Университета Центральной Флориды. – Примеч. авт.


[Закрыть], как две капли воды похож на роботизированную руку Железного человека из фильма и обошелся всего в 350 долларов. Это по-настоящему впечатляет, учитывая, что цена традиционного протеза подобного уровня сложности доходит до 40 000 долларов.

Рисунок 6.2. Этот роботизированный протез руки, дизайн которого позаимствован из фильмов о Железном человеке, был распечатан на 3D-принтере и обошелся всего в 350 долларов США (источник: Microsoft Collective Project)

3D-печатная кисть руки, разработанная стартапом Open Bionics[289]289
  Open Bionics – компания по производству дешевых биомеханических протезов кисти, основанная в 2014 году в Великобритании на базе Бристольской лаборатории робототехники. – Примеч. пер.


[Закрыть], была удостоена премии Джеймса Дайсона[290]290
  James Dyson Award – международная премия в области промышленного дизайна и инженерного проектирования, учрежденная в 2004 году сэром Джеймсом Дайсоном (англ. James Dyson, р. 1947) – английским изобретателем и индустриальным дизайнером, основателем и главой компании Dyson. – Примеч. пер.


[Закрыть] как лучшая инженерно-конструкторская инновация 2015 года. От других приспособлений, имеющихся на рынке, кистевой протез Open Bionics отличает низкая стоимость и высокая скорость изготовления без ущерба для функциональности. Всего 40 часов 3D-печати – и готова роботизированная искусственная рука, точно подогнанная под сочленение с культей пациента и позволяющая управлять протезом за счет электромиографических датчиков, улавливающих импульсы сокращающихся мышц. Напрягая мускулы, пользователь сможет сжимать и разжимать искусственные пальцы, брать в руки различные предметы. На данный момент протез стоит около 3000 долларов США, однако прогнозируется быстрое снижение цен на изделия такого типа.

По мере оснащения новыми средствами роботизации протезы становятся все умнее. В американском Северо-Западном университете разрабатывают искусственную ногу, управляемую «силой мысли». Последняя ее модель позволила бывшему мотоциклисту, потерявшему конечность в результате аварии, пешком подняться на 103-й этаж небоскреба Willis Tower в Чикаго. Протез самостоятельно расшифровывает электромиографические сигналы, поступающие на сохранившиеся и восстановленные медиками мышцы бедра, обеспечивая воспроизведение правильного движения искусственной частью ноги. Массовый выпуск запланирован на 2018 год.

Первым в мире протезом ноги, полностью синхронизированным с центральной нервной системой, стал Symbionic Leg. В конце 2014 года, после годичных испытаний, Symbionic Leg поступил в ограниченную продажу[291]291
  В настоящий момент компания предлагает протезы Symbionic Leg уже третьего поколения, еще более совершенные. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. Согласно описанию разработчиков из компании Össur, интегрированное устройство состоит из искусственного колена и лодыжки с микропроцессорным управлением, которое обеспечивает активное сгибание протеза в голеностопе, автоматически подстраивается под походку и даже учитывает рельеф местности, не давая человеку упасть, – например, на лестнице или при передвижении по пересеченной местности.

Интересный и в то же время спорный момент состоит в том, что протезы будущего не только избавят пользователей от ощущения собственной ущербности, но и, вероятно, дадут им определенное преимущество перед так называемыми «полноценными» людьми. Приведенная ниже история – наглядное тому подтверждение.

До того как южноафриканский спринтер Оскар Писториус был осужден за непредумышленное убийство своей подруги Ревы Стенкамп[292]292
  Шестого июля 2016 года по результатам очередного пересмотра дела Оскар Писториус (англ. Oscar Pistorius, р. 1986) был признан виновным в предумышленном убийстве из ревности и приговорен к шести годам тюрьмы сверх ранее отбытого срока. – Примеч. пер.


[Закрыть], его называли «Бегущим по лезвию бритвы». Многократный чемпион и рекордсмен Параолимпийских игр в индивидуальном беге на 100, 200 и 400 метров и в эстафетах, в 2011 году Писториус вышел на равных состязаться с лучшими бегунами планеты на «полноценном» чемпионате мира по легкой атлетике в Южной Корее и завоевал серебро в эстафете 4 × 100 метров, обеспечив себе место в двадцатке лучших спринтеров мира[293]293
  Yahoo, 21 июля 2011 года. – Примеч. авт.


[Закрыть]. Дальше – больше: на летней Олимпиаде 2012 года Писториус в составе сборной ЮАР принимал участие в предварительном забеге на 400 метров и бежал эстафету 4 × 400 метров. А ведь речь идет не о параолимпийских играх, а о главном состязании лучших спортсменов планеты!

Показательно, что Международная ассоциация легкой атлетики (IAAF) до последнего противилась допуску Писториуса к международным соревнованиям, – и вовсе не потому, что он инвалид, а из опасения, что высокотехнологичные протезы поставят его в выигрышное положение по сравнению с другими участниками состязаний[294]294
  Углепластиковые беговые протезы Cheetah Flex-Foot, которые были разработаны для спортсмена компанией Össur, действительно дают значительное преимущество перед бегунами на обычных ногах. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. Очевидно, что с появлением разработок Хью Герра и его лаборатории при MIT, Symbionic Leg и подобных им устройств проблема будет возникать снова и снова.

Интересный взгляд на перспективы человечества предлагает компьютерная игра Deus Ex. В воображаемом мире будущего (действие разворачивается в 2027–2052 годах) люди добровольно идут на замену собственных конечностей и прочих частей тела на искусственные, которые открывают им гораздо большие возможности, чем те, что даны человеку от природы. Если применить к бионике закон Мура, доказавший свою состоятельность на примере персональных компьютеров и смартфонов, то протезы, функционально превосходящие естественные конечности, получат широкое распространение уже в следующем десятилетии. В связи с этим встает вопрос: потребуются ли нам законы, запрещающие намеренное членовредительство с целью замены собственных рук и ног на более совершенные биомеханические? Или же за человеком будет оставлена свобода выбора, как это имеет место, например, в зубопротезировании?

Каких-нибудь сто лет назад подобные рассуждения могли бы показаться бредом сумасшедшего. Но сегодня, учитывая полторы тысячи американских военных, вернувшихся из Ирака и Афганистана без рук и ног, проблема технологической компенсации физических увечий приобретает государственное значение. К числу потенциальных выгодоприобретателей следует прибавить и 11 000 американцев с параличом конечностей вследствие травм позвоночника. В общемировых масштабах, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно травмы с повреждением спинного мозга получает от 250 000 до 500 000 человек. В Японии к 2055 году доля лиц 65 лет и старше в структуре населения составит 40 %, и далеко не все эти люди смогут передвигаться самостоятельно. В приведенных выше примерах речь идет не просто о протезировании, а о разработке экзоскелета[295]295
  Экзоскелет (от греч. ἔξω – «снаружи» и σκελετός – «скелет») – устройство, предназначенное для восполнения утраченных функций, увеличения силы мышц и расширения амплитуды движений за счет внешнего каркаса и приводящих элементов. – Примеч. пер.


[Закрыть], обеспечивающего полное восстановление двигательных функций.

Пионерские разработки в области создания полнофункциональных роботизированных экзоскелетов совершают компании 3D Systems и Ekso Bionics, которые совместно сконструировали 3D-печатный «робоскафандр» Ekso, предназначенный для парализованных пациентов[296]296
  Самые первые разработки в этом направлении начались довольно давно. Можно, например, вспомнить работы югослава Миомира Вукобратовича, который показал первый активно шагающий экзоскелет для людей с нарушениями опорно-двигательных функций еще в 1969 году – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. Сегодня биотехнологические экзоскелеты используются в реабилитационных центрах всего мира для восстановления двигательной способности пациентов, парализованных в результате травм, инсультов или иных заболеваний. Еще одна революционная разработка – компьютеризованный экзоскелет ReWalk компании Argo Medical, помогающий людям с параличом нижних конечностей вставать, ходить и даже подниматься по лестнице.

Американские военные и конструкторы из DARPA[297]297
  DARPA (англ. Defense Advanced Research Projects Agency – Агентство передовых оборонных исследовательских проектов) – агентство Министерства обороны США, отвечающее за разработку новых технологий для использования в вооруженных силах. – Примеч. пер.


[Закрыть] работают над созданием аналогичных приспособлений для пехотинцев, чтобы те могли нести на себе больше полезной нагрузки и более тяжелое вооружение на более дальние расстояния. Кинематограф изобилует подобными футуристическими разработками – вспомнить хотя бы робота-погрузчика в фильме «Чужие» или персонажа Тома Круза в боевике «Грани будущего». Военные проекты такого рода часто находят коммерческое применение. Однако в данном случае военные и гражданские инженеры следуют параллельными курсами. Как обсуждалось в главе 4, серьезный интерес к методам обеспечения мобильности людей пожилого возраста проявляет Япония, где проблема старения населения стоит особенно остро. В связи с этим, вместо того чтобы стимулировать приток в страну квалифицированных медработников из-за границы, Япония активно инвестирует средства в разработку роботизированных платформ.