Медицинские нанороботы: вчера, сегодня, завтра
Слово «нанотехнологии», в корне которого лежит греческое «карлик», стало одним из самых часто употребляемых в начале XXI века. Впервые этот термин употребил пророк нанотехнологической революции, американский ученый Ричард Филипс Фейнман, еще в 1959 году предсказавший появление устройств для работы с объектами, имеющими наноразмеры. А за то, что нанотехнология стала самостоятельной областью науки и превратилась в долгосрочный технический проект, человечество должно благодарить другого американского ученого, Эрика Дрекслера, в начале 80-х годов прошлого века опубликовавшего книгу «Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии». Но сборка частиц и молекул стала возможной только после изобретения в 1981 году сканирующего туннельного и атомно-силового микроскопов, позволяющих видеть отдельные атомы, манипулировать ими и исследовать их участие разнообразных физико-химических процессах. Это дало толчок и развитию наномедицины, - а сегодня нет сомнений в том, что уже в обозримом будущем медицина будет строиться на работе нанороботов.
Уже сейчас медики используют респироцит – наноробот размером менее 100 микромиллиметров, выполняющий функции кровеносного эритроцита, но способный «перевозить» в 256 раз больше кислорода. У этой технологии масса плюсов. Запустив респироцит в тот участок организма, где много кислорода, малюсенький робот переносит его к нуждающимся в кислороде клеткам. А поскольку один респироцит легко заменяет 256 эритроцитов, то можно только представить, какую пользу приносят организму до нескольких триллионов нанороботов, попадающих в него при инъекции. Кстати, это помогает не только астматикам или людям с сердечной недостаточностью. Например, пловцы, которым «вкололи робота», смогут задерживать дыхание даже на несколько часов, не опасаясь, что клетки начнут погибать от кислородного «недоедания». Иными словами, для подводного плавания человеку не понадобится ни скафандр, ни акваланг: вкололи тебе толпу «кислородных» нанороботов, - и пари себе в глубинах океана…
Но при всей важности работы по переносу кислорода, наноробы могут выполнять и куда более ответственные задания, - например, выявлять и уничтожать патогенные микроорганизмы. Ученые уже научились создавать нанороботы-фагоциты, способные успешно бороться с рядом вирусов, бактерий и грибков. Они могут быстро вылечить и простуду, - с этим биохимическим процессом могут справиться нанороботы, «обученные» выявлению и ликвидации болезнетворных организмов.
Ученые говорят, что медицинские нанороботы будущего будут состоять в основном из атомов изотопа углерода 13C. Тело такого устройства, снабженного бортовым компьютером и передатчиком, - результат механического синтеза углерода, когда в вакуумной среде к кристаллической решетке алмаза добавляют атомы. А топливом для нанороботов послужат локальные запасы глюкозы и аминокислот, - правда, сегодня разрабатывается и технология доставки нанороботам акустической энергии.
Не нанесут ли нанороботы удара по нашей капризной иммунной системе? Не станет ли она бороться с этими чуждыми ей устройствами? Многое зависит от материалов, которые будут использоваться при создании медицинских роботов, и здесь ученым может пригодиться богатый опыт производства имплантантов, совместимых с живым организмом. Правда, пока особых успехов в этой сфере нанотехнологий нет, и медики предлагают решать проблему совместимости одновременным «вкалыванием» и робота, и иммуноподавляющих препаратов, - но кто знает, какие «стройматериалы» окажутся в распоряжении ученых завтра?
Еще один вопрос, - как вывести наноробот из организма? Медики считают, что нанороботы могут покидать организм обычным способом, вместе со шлаками. Но это подходит далеко не всем нанороботам, и для них ученым придется разрабатывать специальную технологию, имитирующую «выводящие» процессы. На этот счет уже есть даже специальный термин - «наноаперезис», или «нановывод».
«Отец» нанотехнологий Эрик Дрекслер успел описать основные методы лечения и диагностики на основе нанотехнологий. Ключевая проблема тут – создание микроскопических машин для ремонта клеток. Нанороботы и есть прототипы таких машин, их еще называют «ассемблерами» или «репликаторами». Но если обычные нанороботы призваны «превращать одну вещь в другую» путем перестановки атомов, то медицинские нанороботы, путешествующие в кровеносных и лимфатических системах человека и внутренних органах, должны уметь еще и диагностировать болезни, доставлять в организм лекарства, и даже… делать хирургические операции! Более того: «умные» нанороботы будут уничтожать болезни еще в момент их зарождения, и – омолаживать человеческий организм.
Итак, представим себе, как будут лечить своих пациентов врачи, скажем, ХХII века. В человеческое тело «вколот» наноробот, задача которого – проанализировать ситуацию и принять решение о выборе метода лечения. Врач управляет нанороботом, подавая команды через компьютер. Возможна и обратная связь, - тоже акустическая, или созданная на основе внутренней сети с локальными данными, которые будут пересылаться на «центральный узел связи», откуда и поступят к врачу.
Конечно, пока это совершенно новая отрасль медицины, и ученым придется еще решить немало сложнейших задач. Например, - как исключить размножение нанороботов в человеческом организме. Для нас, живущих в начале ХХI века, это «отвлеченная задача», но, вполне возможно, лет через сто она станет «проблемой номер один»…
Впрочем, в медицине уже сегодня используются достаточно примитивные нанороботы. Напомним, что впервые наноробот был применен в 2000 году хирургами медицинского факультета Вашингтонского университета во время операции на сердце. А в 2001 году их американские коллеги в Нью-Йорке использовали дистанционно управляемого робота для удаления желчного пузыря женщине, находящейся во Франции.
С помощью наночастиц создаются и новые бактерицидные средства, предназначенные для очистки воды и воздуха, или дезинфекции одежды и специальных покрытий. А чипы,
комбинирующие неорганические вещества и живые клетки, могут помочь в создании имплантатов многих жизненно важных органов, например, печени или поджелудочной железы. А еще лет десять назад появилась методика восстановления хрящевой ткани без донорных клеток больного, с помощью вводимого в организм специального пептидного наногеля, помогающего новой ткани расти и соединяться с нормальным хрящом без риска заражения организма.
Пока это только первые шаги в наномедицине, и, возможно, в будущем мы увидим совершенно новые типы медицинских нанороботов,- одни могут помещаться в нервную систему человека для анализа ее деятельности, другие будут корректировать ДНК, чтобы исключить, например, диабет. Не исключено, что именно медицинские нанороботы будут когда-нибудь оживлять людей, замороженных в наши дни методами крионики. Сегодня это звучит фантастически, - но уже завтра «фантастика» может стать рутиной.
Есть в нанотехнологической сфере потенциальные минусы? Увы, есть. Многих ученых волнуют биосовместимость наноматериалов, оценка токсикологических рисков, утилизации наноотходов. Известно, например, что вдыхание наночастиц полистирола вызывает не только воспаление легочной ткани, но и тромбоз кровеносных сосудов; углеродные наночастицы могут вызывать расстройства сердечной деятельности и подавлять иммунную систему; а фуллерены, многоатомные шаровидные молекулы углерода поперечником в несколько нанометров, могут разрушать ткани мозга…
Есть у нанотехнологий и возможные минусы социального свойства.
Представим, что в человеческий мозг имплантируется наноустройство, в тысячу крат увеличивающее скорость мышления. А это уже таит в себе потенциал достижения бессмертия, и именно такая возможность лежит в основе теории трансгуманизма, согласной которой человеческий вид – всего лишь промежуточное звено эволюции. Классик нанотехнологии Эрик Дрекслер и вовсе предсказал, что внедрение технологии производства репликаторов поспособствует победе деспотических форм правления, - тотальной слежке, контролю тела и сознания. Может усилиться и социальное неравенство, - особенно на первых порах, когда дорогими медицинскими нанотехнологиями смогут пользоваться лишь избранные. А значительное увеличение продолжительности жизни усугубит негативные последствия перенаселения Земли. Есть еще одна проблема, которую Эрик Дрекслер назвал «проблемой серой слизи», - имеется в виду возможная потеря контроля над наночастицами, которые начнут безудержно размножаться…
Но это – потом. Пока же мир увлеченно разрабатывает новые нанотехнологии, их рынок на планете уже превысил 2 триллиона долларов, частные инвестици в эту сферу числятся самыми доходными на Западе, где уже существует целый сегмент экономики, ориентированный на внедрение лабораторных «нанооткрытий» в промышленное производство. В России это пока только благие пожелания, частный капитал особого интереса к этой сфере не проявляет, а то, что демонстрирует «РОСНАНО», способно вызвать разве только грустную наноулыбку…