Желание поместить большой мир в поле зрения микроскопа и узреть в чем-то очень маленьком большие возможности —не просто любопытство. Стволовые клетки, гены и наночастицы —их можно называть 3-мя микрокитами современной науки.
Лечебный оборотень
На данный момент население земли может с гордостью доносить: «молодильные яблочки», волшебная мечта людей всех времен, в конце концов найдены. Имя им —стволовые клетки
Желание поместить большой мир в поле зрения микроскопа и узреть в чем-то очень маленьком большие возможности —не просто любопытство. Стволовые клетки, гены и наночастицы —их можно называть 3-мя микрокитами современной науки.
Лечебный оборотень
На данный момент население земли может с гордостью доносить: «молодильные яблочки», волшебная мечта людей всех времен, в конце концов найдены. Имя им —стволовые клетки. Удивительные творения природы, способные не просто делиться и создавать себе похожих, ну и преобразовываться в нечто совсем другое —клетки других тканей. Эта загадочная алхимия живых материй вот уже более века потряхивает разумы. Еще бы! Возможность научиться создавать целые органы из одной клетки —это ли не 1-ая ступень к бесконечной молодости и бессмертию?
Стволовые клетки —это особые клетки человеческого организма, способные асимметрично делиться, образуя клетку, родственную материнской, также новейшую клетку, которая может преобразовываться во все что угодно —кожную, нервную, костную и многие другие ткани. То, чем непосредственно предстоит стать дочерней клетке, зависит оттого, какие клетки оказываются рядом с ней. Если, например, она подсажена в сустав, то станет хондроцитом —клеткой хрящевой ткани —и вылечит кого-то от артроза.
Впервой термин «стволовая клетка» прозвучал в 1909 году, когда русский биолог Александр Максимов выступил в Берлине на заседании Общества гематологов.
Докторы горячо восприняли информацию о таких клетках. Сначала числилось, что в богатстве стволовые клетки содержатся исключительно в эмбриональных тканях —ведь новая жизнь в чреве матери зарождается из одной - единственной яйцеклетки, которая активно делится и дифференцируется во неограниченное количество тканей. Но скоро выяснилось, что подобные структуры, правда в меньших количествах, есть и во взрослом организме. Это умерило накал этического возмущения, связанного с получением мед материала из погибших эмбрионов. Стволовые клетки стали извлекать из костного мозга, жировой ткани, суставов, крови, кожи, нервов, мускул и даже из корней волос.
Трансплантация стволовых клеток прочно вошла в обиход прикладной медицины. 1-ая в мире такая операция была успешно проведена в 1988 году. Француз скую девочку, стремительно угасающую из-за тяжелого гематологического заболевания, выручила пуповинная кровь ее новорожденного брата. Сейчас счет проводящихся в мире операций, основанных на пересадке стволовых клеток, идет на тысячи. С нетерпением ждут прихода стволовых клеток в клиническую практику кардиологи и неврологи.
Но чтобы стволовые клетки стали полноправными победителями в здравоохранении, медикам предстоит решить три непростые трудности. 1-ая состоит в том, что трансплантация стволовых клеток нередко приводит к развитию злокачественных опухолей —так как клетки могут начать делиться хаотично. А значит, следует научиться «программировать» стволовые клетки, заблокируя в их гены, определяющие расположенность к раку. 2-ая неувязка заключается в необходимости пересадки «родственных» стволовых клеток —лучше всего, если донором станет брат или сестра, ведь в ином случае клетка может быть отторгнута организмом. В связи с этим еще в конце прошедшего века появились гемабанки —организации, куда можно после родов сдать на хранение пуповинную кровь «на всякий пожарный случай». Ну и 3-ий неприятный нюанс —высокая стоимость клеточной терапии. И все же хочется верить, что со временем эти трудности будут преодолены.
И грянул гром
Вобщем, не только стволовые клетки готовы на великие дела. На практически все способна и самая обычная клетка —достаточно только отлично распорядиться ее генетическим содержимым.
Гены —первооснова, информационная база организма, обеспечивающая хранение и передачу из поколения в поколение генетической программы развития живых организмов. ДНК была открыта швейцарским физиологом Иоганном Мишером еще в 1869 году, но ее роль в передаче наследственной инфы была доказана исключительно в 1952 году —благодаря тестам американских ученых Альфреда Херши и Марты Чейз.
Умеренно исследователи пришли к выводу, что участки ДНК, гены, и определяют рост, развитие и функционирование организма. Совокупность всех генов называется геномом. В 1990 году стартовал международный научно-исследовательский проект по расшифровке генома человека. Цель формулировалась правильно: «Знание человеческого генома так же необходимо для прогресса медицины и других наук о здоровье, как зание анатомии было необходимо для награды нынешнего состояния мед науки». После 10 лет кропотливой работы был получен «черновик» структуры генома, а в 2003 году объявили о его полной расшифровке. «Официальная» версия генома была обнародована в интернете. Правда, скоро выяснилось: доносить об окончательных итогах ученые поторопились. Оказалось, что, во-1-х, генный код человека состоит не из 100 тысяч, как числилось ранее, а всего из 20-25 тысяч генов. А во-2-х, по мнению ряда исследователей, необходимо провести дополнительный анализ участков некоторых хромосом.
Принято считать, что генная инженерия родилась в 1972 году, когда биологи Стенли Коэн и Херберт Бойер, делая упор на работы биохимика Пола Берга, сделали первую рекомбинантную ДНК, в которую перенесли кусочки ДНК другого организма. С тех пор молодая наука двигалась семимильными шагами. Огромные университеты, фармацевтические холдинги и мед центры стали создавать коммерческие структуры для работы над генной модификацией организмов.
В 1988 году виртуозное мастерство гарвардских исследователей подарило миру первую мышь, наследственный материал которой был сконструирован инженерным способом. Грянул гром! Население земли научилось своими руками проектировать новейшую жизнь. Общественность обеспокоилась: может, не за горами и создание на генном уровне модифицированного человека? Вобщем, ученым еще интереснее выращивать новых гомункулов по частям —на благо здоровья самых обыденных людей.
Попробуем разобраться, как технологии производства наследственности в пробирке могут лечить. На данный момент понятно, что большая часть недугов связаны с «поломкой» тех или других участков ДНК. Значит, достаточно убрать из цепочки «нехороший» ген и поменять его на здоровый. Заманчивая перспектива! Выдержав многолетнюю атаку общественности, поначалу 90 - х годов молекулярные инженеры открыли новейшую эру в медицине —эру генетической терапии.
Одно из важных достижений генетики —лабораторное получение рекомбинантного интерферона человека, белка, выделяющегося в ответ на вирусную заразу и помогающего организму биться с ней. Благодаря этому открытию лечить вирусные заболевания человека, а конкретно гепатиты, стало заметно проще. Эта находка отменила необходимость выделять интерферон из донорской крови —на данный момент достаточно распознать участок ДНК, ответственный за синтез этого белка, вырезать его, встроить в генетический материал бактерии и дождаться, пока начнет вырабатываться интерферон. После чего извлечь его, очистить и облечь в готовую лекарственную форму —например, ампулу с веществом для инъекций.
Внедрение рекомбинантных белков стало обыденным делом в мед практике. При больших кровопотерях «прописывают» трансгенный человеческий сывороточный альбумин. Против тромботических заболеваний крови одобрен продукт на базе белка из молока трансгенных коз. Всего —около 2-ух 10-ов лекарственных наименований.
Следующая глобальная задача, которую ставят перед собой генетики, —сделать вседоступным исцеление людей методами генной терапии. Что мешает ввести «лечебные» гены в ДНК пациентов, страдающих от рака, иммунодефицитов, заболевания Паркинсона, слепоты и многих других болезней? Лекарства, изнурительная химиотерапия, влекущие за собой неотвратимое ухудшение характеристики жизни, могут уйти в прошедшее. Осталось разобраться только с одним нюансом. Человек прибирает к рукам то, что долгое время числилось прерогативой божественных сил, казалось неподвластным ничьему воздействию. Что же будет дальше? В принципных планах науки —пренатальная терапия, когда, выявив расположенность к тем или другим заболеваниям, эмбриону будут внедрять «правильные» гены в утробе матери.
Меж тем в разгадывании генетических загадок укрыта еще одна возможность сотворения сверхчеловека. Ряд ученых держится представления, что более половины цепочек нашей ДНК находится в спящем состоянии. Когда настанет подходящий момент, природа сама «разбудит» спящие участки и ДНК заработает в полную силу. И тогда человек выйдет на отменно новый уровень развития —физического и интеллектуального.
Мал да дорог
И опыты со стволовыми клетками, и перспективы генной инженерии внушают не только надежду, ну и страхи. В последнее время к ним добавилось недоверие к нанотехнологиям.
Расхожее выражение «все потрясающее просто с поправкой на современную действительность должно быть перефразировано. Просто и миниатюрно —два нюанса потрясающих решений. Как было бы здорово сконструировать крошечные, невидимые глазу инструменты, которые могли бы манипулировать клетками, молекулами и делать с ними то, что нам хочется, —ловко и целенаправленно уничтожить бактерию или залатать поврежденную болезнью клеточную стенку. И на данный момент уже испытываются особые микрокапсулы для доставки инсулина при диабете. Поры в этих капсулах размером порядка 6 нанометров позволят регулировать поступление гормона в организм.
Наночастицы могут помогать работать целым системам органов. Так,учеными предложена модель крошечного респироцита —искусственного носителя кислорода, значительно превосходящего по своим возможностям эритроциты крови.
Докторы продолжают перечень идей. Оказывается, наноматериалы обладают свойствами капилляров и могут фактически втягивать внутрь себя вещество. И разумеется, сохранять в целости и сохранности. Дело за малым —закачать в трубку молекулы лекарства и запустить в путешествие по кровеносным сосудам больного человека. Нанотрубки соберутся в определенном месте и будут распакованы особенным механизмом. Осталось изобрести такой механизм —крошечного наноробота, который, пройдя по кровяному руслу, сам себя соберет, закрепится в подходящей части организма и начнет свою трудовую деятельность во благо здоровья обладателя.
Российские спецы наноотрасли не отстают от забугорных коллег в непростой технологической гонке. В 1990 - е в стенах Санкт-Петербургского
технологического института был разработан нанопористый углерод, который на данный момент применяется в качестве активного материала в суперконденсаторах —ионисторах. Перспективы ионисторов вдохновляют —может быть, непосредственно благодаря им будет создан суперэнергоемкий электромобиль, который решит главную делему этого вида транспорта. На данный момент Россия занимает третье —после США и Евросоюза —место по объему инвестиций в перспективную ветвь. Разработки продолжаются. Не так издавна «копилка» русских открытий пополнилась и детонационными наноалмазами, разработанными в недрах компании РОСНАНО.
Миру сулят классное нанобудущее —но большая часть устройств и материалов с приставкой «нано» еще не вышли из стен лабораторий. Необходимо отыскивать практические пути их внедрения в макросистемы —каждодневную жизнь, а это дело очень не доступное. Одержимые идеей «макроразвития» микросистем, ученые из Стэнфордского института разработали сеть из микропроводов и микроузлов, которая способна, не напрягаясь, другими словами сохраняя малюсенькое напряжение материала, расширяться по площади от нескольких квадратных см до квадратного метра. Система позволяет растягивать себя в 2-ух измерениях на 25 000%. Хитроумный план янки состоит в том, чтобы собрать наносистему на очень малой площади, а позднее, растянув сеть, одномоментно распределить микроустройства по большой площади. В каждый микроузел этой малеханькой сети можно поместить крошечные датчики или другие механизмы. Идея проста и заманчива: эта разработка позволит создавать непередаваемо малогабаритное электрооборудование —мониторы шириной с лист бумаги, «умные» электронные ткани и практически все другое.
А на данный момент заглянем в будущее. Что стоит за исследованиями нанотехнологов? Некоторые ученые с усмешкой молвят, что нам не хватит фантазии, чтобы представить, что ждет нас через 30-50 лет —в эру расцвета нанотехнологий. Схемы маленьких нанороботов, готовых, будто бы волшебные лекари, внедриться в наши клетки и собрать из молекул все, что нам нужно для крепкого здоровья, есть пока исключительно в научных трудах. Но они ждут валютных инвестиций, чтобы сойти со страниц в реальность. Источники колоссальной энергии на базе наночастиц позволят окончить расходовать недра земли для энергетических нужд населения земли. «Наноскатерть - самобранка» —особенная печь, которая сумеет сконструировать из микрочастиц хоть какое блюдо, решит делему голода и высвободит домохозяек от изнурительного стояния у плиты. А там и «шапка - невидимка» поспеет, тем более что уже есть «плащи - невидимки», при производстве которых употребляется материал, отражающий свет и делающий покрываемый объект практически невидимым. Нанотехнологий в буквальном смысле способны перевоплотить сказку в быль.
И все таки для воплощения таких проектов требуется много времени. Главное —не потратить это время попусту и не довести энтузиазм, связанный с наночастицами, до массовой истерии. В этом плане социум разбился на два лагеря. 1-ый так воодушевился необыкновенными свойствами крошек - наночастиц, что готов подставить приставку «нано» ко всему, что нужно воплотить подороже. Нанокосметика, нанообувь, на - номойки для автомобилей, нанопластырь и практически все другое, активно предлагающееся обществу, обычно, не что другое, как рекламный ход. Частице недостаточно быть просто маленькой, чтобы она считалась наночастицей, —она должна обладать определенными свойствами, что, меж другим, могут частицы далеко не каждого вещества.
2-ая категория людей, не совсем верно относящихся к наночастицам, говорит о их по другому, рисуя в своем воображении жуткие перспективы. Журнальчики и газеты пестрят сногсшибательными сценариями наноапокалипсиса. Вселенная, порабощенная незримыми глазу роботами, которые с бездушным цинизмом уничтожают все живое, самособираются, саморазмножаются и саморазбираются, —впечатляющая сказка для любителей посетовать на то, что наука очень практически все себе позволяет. Что мы знаем о микромире, чтобы смело предвещать его поведение? Ровным счетом ничего. И кто знает, не создаем ли мы собственного монстра Франкенштейна, отважно манипулируя микровселенной? Хочется мыслить, что, раз природа дала нам такую возможность, она верит в наши силы.
Похожие статьи:
