Продукты будущего: от фантастики к биотехнологиям

Вчера мы читали о нем в романах Брэдбери, а сегодня впускаем в свою жизнь – будущее высоких технологий. Прогуляться по Марсу или улучшить собственную ДНК скоро станет так же просто, как выпить чашку кофе. Вопрос в том, когда наступит долгожданное «скоро»: через десятилетие или сотню лет. Обыватели приближают этот миг чтением научной фантастики, а биотехнологи – работой над уникальными продуктами будущего. О них и пойдет речь в статье.

Решение биотехнологических задач в чем-то напоминает получение бозона Хиггса. Только сталкиваются не протоны, а перспективные идеи. При взаимодействии выделяется колоссальная энергия в виде уникальных проектов, разработок и прототипов – достаточно дать стимул. Таким импульсом является акселерационная программа научного парка МГУ «Формула БИОТЕХ 2016».

Площадка позволяет не столько обеспечивать технологическое «сегодня», сколько готовить неизвестное «завтра». Биотехнологи генерируют уникальные идеи, чтобы создавать проекты будущего. Возможно, сейчас они кажутся невероятными, но через десятилетие или век станут повседневностью. Мы узнали у участников «Формулы», каким они его видят, наше высокотехнологичное «завтра».

Маска для Элона Маска

Марс давно перестал быть лишь красной точкой на звездном небе. Сегодня к нему летают зонды, собирают пробы почв и делают селфи. Американский инженер Элон Маск, руководитель Space X, всерьез намерен организовать первый пилотируемый полет и основать колонию людей. Хотя это вряд ли произойдет в ближайшие 10 лет, биотехнологии готовы облегчить жизнь космическим переселенцам уже сейчас.

Главная задача – обеспечить нормальное дыхание. Марс не курорт, и доля кислорода на Красной планете составляет всего 0,2%. В сто раз меньше, чем на Земле. Биотехнологи в качестве решения предложили собственный проект – фильтрующие маски, которые смогут преобразовать углекислый газ в кислород. Такие технологии уже есть – остается довести их до ума, чтобы генерировать вещество в нужном объеме.

Основой для маски послужат полимеры, что сделает ее необыкновенно легкой – не больше 100 граммов. При этом защита будет обеспечиваться от солнечного света, аэрозолей, жестоких марсианских ветров. Жизнь на планете потребует от космонавтов много движения, поэтому такая маска станет необходимостью. Чтобы каждый новый «сол» (марсианские сутки) встречать под открытым небом.

Искусственный врач

Но пока вернемся на Землю. До пилотированных полетов на Марс нужно еще дожить, а с современной экологией и комплексом заболеваний это становится проблемой. В этом отчасти и наша вина. Беспокойство возникает лишь тогда, когда болезнь поселилась в организме и методично уничтожает его. Хотя стоило бы отмотать время назад и вовремя диагностировать проблему. Как? Создав программу диагностики на основе «искусственного мозга».

Система построена на принципе искусственных нейронных сетей. Это грубая модель мозга, в которой вместо нервных клеток простые процессоры. Они взаимодействуют в соответствии с математическими моделями и лишены человеческой эмоциональности. И в этом их главный плюс. С большой точностью они способны предсказывать будущее состояние любого объекта, в том числе и человека. Без сомнительных диагнозов и роковых врачебных ошибок.

Система устроена так: в системе заполняются биометрические данные о пациенте, результаты ЭКГ, показатели роста, веса, возраста. Программа их анализирует и выдает результат: вероятность развития болезни, условия и сроки ее обострения, рекомендации.

Основное преимущество – такие нейронные сети самообучаемы. Это не просто компьютер, действующий по одному алгоритму. Сети собирают информацию, анализируют большие данные, прогрессируют, принимают решения. А в перспективе – заменяют врачей. Возможно, с их помощью можно будет за 5-10 лет предсказать развитие главной болезни века – рака.

Диагностика в пижаме

Биотехнологи предлагают в будущем сделать диагностику практически «нательной». Суть – в разработке универсального сканера для контроля состояния тела.

Реализована идея в виде костюма со множеством датчиков. Для мужчин это полосатая пижама, для женщин – домашний комбинезон в горошек. Собирать информацию с «умной» одежды будет сервер, тоже сделанный со вкусом: большой розовый шар самовольно катается по комнате и радует глаз. Потерять или забыть такой гаджет невозможно.

Однако это не просто дизайнерский авангард на любителя, а высокотехнологичная система диагностики. Представьте, что ваша пижама будет во время сна проводить сканирование живых тканей с разрешением в 1-2 микрона, что позволит изучить каждую клетку. Глубина сканирования – 25 см, это позволит просмотреть организм «насквозь».

Результатом проекта станет 3D-модель человеческого тела. Домашний сервер проанализирует тысячи генов, миллионы белков в каждой из триллионов клеток. От такого наблюдения не скроется ни одна патология.

Но это еще не все. Система включает также корректировщик организма. Это циркулярный душ с нанографеновыми форсунками по периметру кабинки. Они с помощью гидродинамический инъекций доставляют через кожу нужные белки на глубину до 30 см. В результате восстановить отдельные клетки станет не сложнее, чем позавтракать.

Слишком смело, чтобы быть правдой? Но прототип пижамы уже создан: правда, пока всего с двадцатью датчиками и доступом в верхние слои кожи. Это лишь первый шаг, но к десятому, возможно, весь проект станет реальностью.

Вечно молодой, вечно новый

Своевременная диагностика – эффективный способ сохранить здоровье. Но и он отойдет на второй план, если удастся менять органы как перчатки.

На очереди век регенеративной медицины. Ученые уже нашли, из чего делать органы, используя главных генетических хамелеонов – стволовые клетки. Найдено решение, как это реализовать: разработаны технологии 3D-биопринтинга. Осталось свести знания воедино и войти в эпоху новой трансплантологии.

Молодые ученые придумали, как внести свою лепту в этой процесс. Биотехнологи предложили идею наноплазменного волоконного сервиса. Это устройство способно определить любые вещества на наноуровне. Если в воде, крови или любом техническом растворе затерялись чужие молекулы, прибор их найдет, идентифицирует и подсчитает.

Такие способности пригодятся в диагностике, но в еще большей степени – в 3D-биопринтинге. Мало «напечатать» новое сердце, нужно изучить его состояние и состав в динамике на уровне отдельных клеток. Пока на такое способен только наноплазменный сенсор.

Прибор состоит из оптического волокна с нанесенным на него слоем наночастиц золота, лазера и спектрометра. При прохождении квантов света наблюдаются провалы, характер которых зависит от состояния окружающей среды. Используя рекордную чувствительность сенсора, можно в разы повысить безопасность искусственных органов. А пациенты будут уверены, что сменное сердце станет билетом в новую жизнь, а не на тот свет.

Чип в теле

Очевидно, что проникновение информационных технологий в медицину стало тотальным. Бесконтактные методы диагностики, компьютерные модели патологий, моделирование реакций на лекарства – далеко не полный перечень того, что ждет человечество. Живые ткани и электроника станут единым целым, а управление телом – делом техники.

Можно будет «выключить» боль, настроить сердце, договориться с мозгом, в режиме онлайн ремонтировать органы. Или даже в прямом смысле улучшать людей. Эмбриологи научились редактировать геном на самых ранних стадиях развития, что в перспективе избавит человечество от вредных мутаций и целого ряда наследственных болезней. Если, конечно, общество сможет принять такую эволюцию человечества.

Пока же биотехнологи думают о более насущных проблемах. Предлагается максимально использовать чиповые технологии и гаджеты в медицинской практике. Причем не снаружи, а внутри – путем вживления прямо в органы и ткани-мишени.

Биоэлектроника станет карт-бланшем на глобальное оздоровление населения. Гаджеты будут настолько маленькими, что смогут без труда путешествовать по нашему организму. Сердце, легкие или желудок оснастят беспроводными датчиками, которые 24 часа будут отправлять данные о состоянии организма. Такие технологии упростят жизнь пациентам, а главное – смогут мгновенно найти первопричины сложных патологий.

Уже не фантазия

Эти проекты можно было бы воспринимать как очередную смелую выдумку биотехнологов. Однако полвека назад лишь футуристы верили в беспроводные телефоны, искусственный интеллект и самоуправляемые автомобили. А сегодня эти технологии – часть нашей жизни. Поэтому верить ли в колонизацию Марса, пижамы-сканеры и сердца на замену? Ответ прост – будем футуристами.