Текст книги "Грядущая биовласть. Научно-фантастический роман"

***

Бишкек. 2015 год. Лаборатория медико-биологических исследований. Четверг, вторая половина дня. Накануне состоялся ученый совет, на котором шеф – профессор Митин Олег Иванович изложил новый научный проект. Поскольку пока ни средств, ни материалов, ни дополнительных людей для осуществления программы исследований ожидать не приходится, генератор идеи предлагает выкроить время, материалы и силы из имеющихся в наличии. – Но так не осуществляется дерзновенный новый план! – наверняка думали многие сотрудники лаборатории.

И в это время, шеф просит: – Давайте попробуем, коллеги. Некоторые солидные сотрудники такое не выдержали и пошло-поехало. Во-первых, у нас нет необходимого оборудования и, вряд ли удастся в ближайшее время их раздобыть. Во-вторых, для того, чтобы разработать такой биочип, нужно работать лет десять, по крайней мере, и не с тем количеством сотрудников, которое у нас есть. В-третьих, чтобы разработать такую технологию, нужно заниматься им, и ничем другим, и еще неизвестно, получится ли что из этого. Между прочим, так не поступают и т. д. и т. п.

Ну, а что говорит профессор Серегин? Что может сказать он – его любимый ученик и соратник после того, как остальные высказались таким вот образом? Богов и любимых не выбирают. Они являются сами, и просто сами собой становятся богами и любимыми, кем кому надлежит.

– Сделаем. – Сказал Серегин.

Шеф, благодарный своему верному ученику, радуясь в душе, коротко и ясно завершил совет: – Значит, договорились! Вперед по коням!

Это было вчера, а сегодня Адыл – аспирант Митина и Саид – аспирант Серегина сидели в лаборатории в ожидании новых заданий на текущую неделю.

– Адыл. Ну как твое впечатление от услышанного на ученом совете? – спросил Саид.

– Знаешь, я многое не понял, шеф так сложно рассказывал. – Признался Адыл. – Я понял одно – биочипы представляют собой результат скрещивания «микросхемных» технологий с приёмами биохимического исследования. Ведь так?

– Отчасти да. – Ответил Саид. – Речь идет о скрещивании клетки и небиологической платформы – носителя одиночной спирали ДНК.

– Поясни! – Попросил Адыл.

– Ну, вот смотри. Получается в виде уникальной застёжки-липучки. Вот как у меня на куртке. То есть с одной стороны спираль ДНК, а на пластинке – ответная спираль ДНК. Интересующие клетки занимали свои позиции, соответствующие коду «ДНК-липучки».

– Ты знаешь Саид! Меня заинтриговал его новый научный проект по нанобиочипизации человека в целях гарантированного сохранения равновесия внутренней среды организма. Ты только представь, какой масштаб и какая амбициозная цель! Биочип возьмет на себя все функции по физиологическому и аварийному регулированию параметров гомеостаза.

– Ничего не скажешь – гениальная идея. – С восхищением сказал Саид. – Но, а как быть с головным мозгом – интегратором всех физиологических и патологических реакций всех органов и систем организма?

– Получается, что эти нанобиочипы будут функционировать, прежде всего, в качестве пусковых элементов для нормальной и патологической реакции, благодаря энзимного стимулирования многочисленных и разных по природе рецепторов, с помощью которых клетки, ткани, органы и системы могут «взаимообщаться» между собой. Мозгу предоставляется прямая его функция – мыслительная. Каково, а? – восхищался Адыл.

– Да, получается так! – согласился Саид. – Нанобиочип – это по сути интегрированная био-электро-химическая система, благодаря которой различные клетки и ткани начинают функционировать как единый организм, моделируя функции различных органов, групп органов и целых систем человеческого организма.

– Нельзя не согласиться с профессором Назаровым, который высказался нам после этого сообщения.

– И что он сказал? – спросил Саид.

– Назаров одновременно и восхищался и сомневался. Он так сказал: – Боже мой, на что замахнулся наш шеф! Для создания такого нанобиочипа-гомеорегулятора нужно промоделировать столько различных систем. И вообще, я сомневаюсь в том, что такая сложнейшая система, полностью моделирующая функционирование человеческого организма, будет создана когда-либо.

– А профессор Мансуров, наоборот, считает, что создание таких сложных систем возможно с технической и биотехнологической точки зрения. Но в отдаленном будущем. Не в нашем веке. – Сказал он.

– А заешь, что еще сказал Мансуров? – спросил Адыл.

– Наверное, как всегда – а что здесь удивительного? Об этом уже говорил, писал, сообщал тот или иной ученый. Его послушаешь обо всем уже известно и нечего пытаться предложить еще более оригинальное. – Усмехнулся Саид.

– В том то и дело, что не так. Мансуров сказал примерно так: – «Стимуляция человеческих клеток, тканей и органов на биочипе с максимально точным воссозданием микроархитектуры, функциональности и даже сбалансированную внутреннюю окружающую среду – это нечто великое свершение».

– Он так и сказал?

– Да! Вдобавок он сказал следующее: – Благодаря такого нанобиочипа, организм отрегулирует и нарастит «запас прочности» всех элементов и звеньев систем. Тем самым значительно снизится пределы устойчивости организма к факторам внешней среды. И знаешь, что он сказал в конце?

– Нет!

– Я поддерживаю этот проект и приложу все свои знания и энергию, чтобы добиться таких вот результатов.

– Мы сидели в кабинете шефа, когда к нему напросился профессор Муратов с какими-то предложениями по проекту. – Сказал Адыл. – Он с ходу предложил шефу не оттягивать время, а уже приступить к созданию междисциплинарных научных групп сразу по восьми системам, чтобы иметь возможность максимально точно симулировать физиологию всего тела сразу.

– А что ответил ему шеф?

– Постой, не торопи. Он также предложил приступить к конструированию автоматической системы управления и контроля, как потока жидкости, так и жизнеспособности клеток во время анализа множества параметров гомеостаза.

– Муратов, как всегда, нетерпеливый до жути.

– Кстати, он высказался и по поводу того, что на ученом совете шеф говорил сложно и запутанно, и надо было бы провести несколько научных семинаров, тем более в лаборатории есть молодые исследователи далеко не посвященные в ее деятельность.

– Вот это правда. Действительно. После ученого совета многие признавались о том, что было непонятна сама идея нового исследовательского проекта. Я вот уже неделю занимаюсь ликбезом по этой тематике и все равно у меня масса непонятных вопросов. Но то, что вычитал, впечатляет.

– Поделись! – попросил Саид.

– Вот, например, новая технология, предложенная учеными из Гарвардского университета, позволяет создать модели человеческих органов в виде чипов. Микрочипы созданы из человеческих клеток и тканей. Вот по такой технологии ученые уже создали «легкие» из человеческих легочных и капиллярных клеток.

– Как ты считаешь? Мне кажется очень перспективным проблема соединения нанобиочипов разных органов. Если верить авторам подобных разработок, такая комбинированная структура будет имитировать работу всего человеческого организма.

– Я был удивлен, когда узнал, что даже простейшие образцы нанобиочипов, способны интегрироваться в биологическую клетку, не нарушая ее естественную работу. – Признался Адыл.

– Вот-вот. Об этом писали испанские ученые из Национального центра микроэлектроники.

– Интересно то, что традиционно при «скрещивании» нанобиочипов и клеток электроника подключалась к нейронам при помощи электродов, либо клеточные культуры выращивались непосредственно на поверхности микросхем. Однако экспериментаторы перевернули прежние подходы с ног на голову и поместили нанобиочипы внутрь клеток.

– Это был эксперимент на животных или…? Ну, я имею в виду, кого использовали в качестве подопытных объектов? – спросил Саид.

– Были использованы клетки микроорганизма Dictyostelium и клетки человека. Материалом для инъекций послужили нанобиочипы из поликристаллического кремния поперечником от 1,5 до 3 микрометров и толщиной 0,5 мкм. – Пояснил Адыл.

– А ты слышал, что в США уже «выращивают» электронные датчики вместе с тканями человеческого тела? – спросил Саид. – Представляешь, что такая технология позволяет регенерировать собственные ткани организма.

– А в чем состоит суть самой идеи?

– Идея состоит в том, чтобы научиться выращивать ткани для пересадки и в конечном итоге – органы, которые организм не будет отторгать, а воспримет как свои собственные. Кроме того, искусственно выращенные ткани помогут решить проблему вечной нехватки донорских органов.

– Вот еще одна новинка. Мониторинг состояния пациентов доверят «электронной татуировке». – Сказал Адыл. – Ученые создали сверхтонкое электронное устройство, позволяющее контролировать показатели различных жизненно важных человеческих органов, включая мозг и сердце.

– А область их использования?

– Ее использование должно облегчить процесс постановки диагноза в сложных медицинских случаях, а также оказать помощь в наблюдении за пациентами.

– Оказывается, уже разработан «электронный обруч» сердца, который может предотвратить нарушение сердечного ритма, а также мозговой имплантат, способный исключить возможность возникновения припадков. – Восхитился Саид.

– А вот из области онкологии. – Сказал Адыл. – Немецкие инженера разработали сенсорный микрочип, который можно интегрировать вблизи опухоли в организме человека и отслеживать любые изменения, связанные с ней. Новый сенсорный микрочип сможет очень быстро указать на начавшейся рост опухоли в организме.

– А на чем основана такая метода?

– Очень просто. Устройство отслеживает уровень кислорода в соседних с опухолью тканях и определяет рост образования.

– Как мне кажется, наиболее близким к идее нашего шефа является то, что уже разработаны дистанционно управляемые микрочипы для введения жизненно необходимых лекарственных препаратов. Это может знаменовать появление в медицине новых терапевтических средств и подходов к лечению. – Сказал Саид.

– А практическая апробация была?

– В ходе клинического испытания ученые использовали программируемые имплантаты для инъекций лекарства от остеопороза – гормонального препарата терипаратид.

– Я как-то обратил внимание на статью с громким названием «Контрацептивы в виде таблеток, аборты – это уже вчерашний день». И знаешь о чем там говориться?

– И о чем же?

– Оказываются, уже разрабатываются управляемый беспроводным методом подкожный микрочип-резервуар, содержащий необходимое вещество.

– Надо же. Значит, женщинам репродуктивного возраста отныне не следует беспокоиться, что забеременеют нежелательной беременностью? Так, сказать микрочипы не позволят. Чем не революционный метод контроля рождаемости?! – воскликнул Саид.

– Как мне кажется, прямыми прототипами планируемого нами нанобиочипа являются все методы дистанционного контроля показателей состояния организма и регуляции подачи гормонов в любое время дня и ночи вне зависимости от желания и участия пациентов. – Высказал свое видение Адыл.

– Да, действительно, создание подкожного микрочипа, содержащего лекарство и управляемого дистанционно – это вторая революция в медицине. – Признавался Саид. – Значит, новая разработка будет выступать в качестве альтернативы посещению врача, анализам крови, МРТ и компьютерной томографии.

– Есть уже новые «интеллектуальные таблетки» размером с песчинку.

– Право, о них я не слышал. – Признался Адыл.

– Изобретение представляет собой крошечный электронный анализатор, способный передавать информацию о состоянии твоего организма на чип, который крепится к коже пластырем. Тот, в свою очередь, направит данные на твой компьютер или смартфон.

– И каковы возможности такой таблетки?

– «Умная» таблетка способна следить за частотой сердцебиения и дыхания пациента, фиксировать температуру его тела, а также вовремя напоминать о приеме лекарств.

– Надо же, действительно умная таблетка.

– Важная особенность изобретения состоит в том, что теперь врачи смогут получать информацию о реакции организма на различные препараты практически в режиме реального времени и столь же быстро реагировать на изменения.

В этот день, не только Адыл и Саид, но и все сотрудники лаборатории, наверняка, думали о том, что же будет дальше? Если однажды возникшая мысль не забудется в течение ближайших двух-трех недель, то она приведет к новым совещаниям, диспутам, дискуссиям. Идея отшлифуется, примет надлежащий вид и тогда она примет под свое покровительство всех – и молодых и старых сотрудников, даруя им творческую свободу, ставя перед ними конкретные и посильные задания. Вот тогда снова равновесие в лаборатории восстанавливается, каждый – старый и молодой исследователь впрягается в общую упряжку. Вот так осуществляется любая научная идея. Так было и с разработкой нанобиочипа-гомеорегулятора.

***

Бишкек. 2015 год. Лаборатория медико-биологических исследований. Среда, первая половина дня. В зале собралось человек пятьдесят. В основном сотрудник лаборатории, студенты кружковцы, аспиранты и соискатели. Семинар, посвященный технологии создания нанобиочипов, вел профессор Серегин. Вначале, как пожелали молодые сотрудники, он рассказал о сути биочипов.

– Несколько десятилетий назад были созданы электронные микросхемы, или микрочипы, которые позволили построить первые персональные компьютеры, совершившие настоящий переворот в науке. И вот нечто подобное происходит сейчас в биологии и медицине с появлением биочипов – крохотных пластинок с множеством индикаторов из молекул ДНК, белков и других веществ, которые открывают фантастические возможности для развития различных отраслей науки и практики.

– Аркадий Николаевич. Если можно поясните, что изображено на этом слайде. Я, например, вижу включение, напоминающую мышь. Это и есть биочип? – спросила Айгуль – младший научный сотрудник.

Серегин внимательно посмотрел на слайд. – Да, действительно, биочип представлен на рисунке в виде мыши. Но это так, образно. – Сказал он. – Биочип представляет собой набор фиксированных на стеклянной пластинке сотен и тысяч «микропробирок», точнее гелевых капель, объемом в одну миллионную миллилитра. Каждая из них заполнена своим реактивом-анализатором. На биочип наносят исследуемый материал. В тех пробирках, где произошло взаимодействие реактива с препаратом, возникает специфическое свечение.

– А теперь прошу обратить внимание на этот этап. – Сказал Серегин, указывая на слайд, где отражено компьютерное звено. – Итак, свечения обрабатывается компьютером. По расположению светящихся ячеек и можно судить о том, что представляет собой исследуемый препарат. Это дает в руки врачей быстрый, надежный и дешевый способ диагностики и обследования больного, позволяет им практически безошибочно прогнозировать результаты лечения.

– Какова общемировая тенденция в развитии биочипов? – спросила Айгуль.

– Сейчас в мире биочипами занимается более пятидесяти фирм. Одна из них – транснациональная научная компания «Нанобиотехтраст», созданная братьями Темировыми. Кстати, они наши земляки. – Упомянул Серегин и продолжил:

– Эта техника стремительно развивается, и рынок биочипов оценивается в десятки миллиардов долларов. Создание биочипов и на их базе биологических компьютеров позволит биологам не только обрабатывать имеющуюся информацию, но и получать совершенно новую. Например, сейчас фирма «Affymetrix» создала биочипы, которые позволяют изучать активность всех генов человека. То есть, создав генетический портрет индивида, можно понять, какой ген на что влияет.

– Недавно в журнале «Roche» прочитал о том, что одноименный швейцарский фармакологический концерн начал поставку первого в мире биочипа, с помощью которого врач может заранее определить, насколько эффективным будет тот или иной препарат для данного пациента. – Сказал Касымов.

– Как вы знаете, до сих пор при назначении лекарств, врачи вынуждены были действовать практически вслепую, методом проб и ошибок. Я считаю, что использование биочипов значительно снизит этот печальный итог. – Сказал он.

Серегин с пафосом сказал: – Техника биочипов развивается экспоненциально. Эта золотая жила! Наша задача – сделать совершенно новый нанобиочип в задачу которого входит регуляция параметров гомеостаза.

Не менее интересным было сообщение Рахимова. – Сейчас в мире разработаны различные методики проведения анализа на биочипах на основе нанотехнологии и наноматериалов. Одним из таких приборов является Evidence в различных проекциях – автоматические и полуавтоматические анализаторы.

– А такие анализаторы у нас будут? – не то с иронией, не то с сомнением спросил Касымов.

– Не сомневайтесь! Будут! – категорично ответил Серегин вместо него.

Рахимов продолжил: – Вы только подумайте, на этих анализаторах осуществляется возможность проведения анализов до 3600 тестов за 1 час, при программном обеспечении, контролирующем работу всей системы от обслуживания и оценки достоверности калибровки до определения профиля тестируемых образцов. С этой целью разработаны мультианалитные калибраторы, мультиконтрольные наборы и реагенты. В связи с этим, у меня возник вопрос: сумеем ли мы достать такие приборы и реактивы? – спросил он, обращаясь к Серегину.

– Сумеем! – сказал Серегин и пояснил. – Составлен многомиллионный контракт с «Нанобиотехтраст». В договоре указано, что необходимое оборудование и материалы входят в план материально-технического обеспечения.

– Я бы хотел обратить ваше внимание на то, что панели определения аналитов для всех приборов достаточно широки: от гормонов до молекул цитокинов, которые, кстати, функционируют как сигнальные молекулы, регулирующие клетки иммунной системы, обладают аутокринной, эндокринной и паракринной функциями, – пояснил Салимов, перечислив и преимущества биочиповой технологии, – во-первых, одна система детекции для чипов определения белков и ДНК; во-вторых, мультиплексное исследование: один образец – множество результатов; в-третьих, широкий выбор панелей; в-четвертых, бар-код калибраторов и качественный контрольный материал.

– Таким образом, для количественного определения сигнала используют процесс визуализации, управляемый специализированной программой. – Сказал Серегин. – Регистрируемые данные сохраняются в компьютере, а именно: изображение и цифровые показатели биопробы, и наряду с этим, данные контроля качества и данные калибровки для каждого аналита.

– Для каждого? – спросил Касымов.

– Да! Для каждого! – подтвердил Серегин. – Следует отметить, что калибровочные наборы являются мультианалитными для получения достоверных концентраций калибровочных кривых, которые хранятся в программном обеспечении и используются для расчета концентрации анализируемых веществ в контрольных образцах и в образцах пациентов.

– То есть, анализаторы, использующие биочиповую технологию, определяют, как одна система – множество результатов плюс множество приложений? – спросил Рахимов.

– Да. Вы совершенно правы, – сказал Серегин, – хранение информации с изображением основано на хранении данных в компьютере в двоичном формате. Система Evidence сохраняет изображения в виде битовых массивов, которые представляют изображение в виде набора пикселей, и которые соответствуют конкретным точкам на изображении.

– А как с программным обеспечением? – спросил Салимов.

– Программное обеспечение для обработки изображения использует способы математической обработки. – Пояснил Серегин. – Каждый биочип должен пройти несколько тестов для гарантии того, получены ли достоверные результаты. В компьютере сохраняются изображение и цифровые данные, наряду с контролем качества и данными калибровки, полученными в результате анализа контрольных образцов.

Серегин вновь подчеркнул, – программа компьютера позволяет выбрать тест для тех анализируемых веществ, для которых имеются достоверные калибровочные кривые, которые хранятся в базе программного обеспечения.

– Итак, получается, что каждый биочип служит в качестве реакционной платформы для определения множества параметров в образце одного пациента. Так? – спросил Салимов.

– Да! – ответил Серегин.

Салимов, пользуясь тем, что явился сам Митин, адресовал ему несколько вопросов.

– Олег Иванович. У вас есть какие-либо предварительные идеи о будущем универсальном нанобиочипе?

– Разумеется! – Ответил Митин. – Как же без этого? Мы провели предварительный анализ проблемы, составили соответствующую программу исследования. Разработка будет относится к аналитической химии, точнее к устройству и технологии изготовления биочипов на основе монолитного макропористого полимера, предназначенных для анализа белков.

– Только белков?

– Да! Биочип включает подложку с нанесенным на нее полимерным рабочим слоем, образованным из сополимера на основе производных метакриловой кислоты с иммобилизованными на нем биологическими макромолекулами – зондами. Задачей является создание биочипа для анализа белков с заранее заданным контролируемым и воспроизводимым качеством и пригодного для многоразового использования в течение всей жизни человека.

– В течение всей жизни? – с удивлением спросил Рахимов.

– Да, раз и навсегда! – заявил Митин. – Будут получены нанобиочипы с улучшенными качественными характеристиками: с гарантированной заданной структурой монолитного слоя, с хорошей воспроизводимостью характеристик биочипа, с контролируемым количеством зондов, хорошей механической прочностью, химической стойкостью, с расширенными возможностями анализов.

– Олег Иванович. А как будет обстоять дело в отношении надежности нанобиочипов? В чем будет заключаться особенность? – спросил Серегин.

– Аркадий Николаевич. Я просмотрел соответствующие данные. Во всех конкурирующих разработках не решена проблема предохранения биочипов от повреждений. Наша задача – создать надежную систему защиты программы нанобиочипа. А что касается особенностей, то это максимально автоматизировать процесс анализа на электронной основе. Следует заметить, что для работы с данными биочипами требуется дорогостоящее оборудование, в том числе и суперкомпьютер с выходом в Сеть через спутниковую связь.

– Ну, а в чем еще будет заключаться научная и технологическая новизна универсального нанобиочипа? – спросил Рахимов.

– В данной разработке впервые будет реализован ряд новых подходов. В первую очередь, в методику проведения анализа заложен модульный принцип, позволяющий использовать совершенно одинаковые биочипы для решения самых разнообразных задач.

Талип вытянул руку, чтобы и ему дали возможность задать вопрос. Когда Митин кивнул, он спросил: – На чем основанная ваша уверенность?

Митин, не оборачиваясь в сторону Талипа, ответил: – Вы сами знаете, что это возможно благодаря изготовлению биочипов на прозрачных подложках и адаптации соответствующих методик для их использования при анализе клеток на биочипах.

Сотрудники лаборатории поняли, что предлагает профессор – разработать электронный нанобиочип, позволяющий получить высокоточную информацию при минимальных трудозатратах и максимальной экономии времени. А для этого продолжать работу по усовершенствованию программного обеспечения обработки и анализа предельного множества данных.

У них возник замысле – в общих чертах такой: нанобиочип с запрограммированной задачей по регулированию множества параметров гомеостаза внедряется в организм человека. Контрольное снятие параметров производится через Сеть с помощью спутниковой связи. Замысел был из разряда сверх-технологий. Но и автор был из разряда сверхталантливых. Это чувствовали все от младших до старших. Однако… на счастье, изъяны, казалось бы, верно определенных научных построений проявляется вовсе не одновременно.