Биоинженерия

Когда-то трансплантация органов считалась невозможной. Но сегодня ученые пересаживают головы летучим мышам и даже обезьянам

В мультсериале «Футурама» живые головы политиков, ученых и деятелей культуры хранятся в музеях в специальных банках. Но пересадка головы (как и других частей тела) в 3000 году обычное дело и доктор Зойдберг как-то раз пришивает две головы к одному телу (пока чинит второе). Но возможно ли что-нибудь подобное в будущем? Чтобы ответить на этот вопрос, стоит присмотреться к теме повнимательнее. Ведь когда-то пересадка органов считалась невозможной. И по мере развития медицинской науки в один прекрасный день может состояться пересадка головы. Теоретически подобная операция предполагала бы хирургическое удаление головы у человека с неизлечимой болезнью и присоединение его кровеносных сосудов, мышц, трахеи и пищевода к этим структурам донорского тела. Самая последняя предложенная учеными процедура пересадки головы также включает в себя слияние спинномозговых нервов реципиента и донора. Последующая операция на позвоночнике и, возможно, обширная физиотерапия в идеале могли бы восстановить как ощущения, так и двигательные функции. Однако такие функции, как дыхание и прием пищи, должны временно поддерживаться вентилятором и питательной трубкой, прежде чем связи между мозгом и телом будут адекватно восстановлены.

Когда наступает смерть?

Прежде чем обсуждать все тонкости такой сложной медицинской операции, как пересадка головы, сперва следует дать определение смерти. В 1968 году Гарвардскому комитету было поручено определить, когда наступает смерть. Вывод заключался в том, что если у человека нет обнаруживаемой мозговой активности в соответствии с рядом критериев, то этот человек мертв.

Это определение, однако, стало предметом нескольких юридических споров, например, в случае Джахи Макмат, 13-летней девочки, у которой была сильная потеря крови после операции на миндалинах и аденоидах, которая лишила ее мозг кислорода. Ее подключили к аппарату искусственной вентиляции легких, но вскоре объявили, что мозг мертв.

Мать девочки отказалась принять заявление врачей сердце Джахи билось нормально. Но больница настаивала на отключение от жизнеобеспечения. Последовала судебная тяжба, и мать в конце концов нашла учреждение в Нью-Джерси, которое приняло Джахи и держало ее на ИВЛ пока девочка не умерла пять лет спустя, так и не проявив никакой мозговой активности.

Вскоре после операции у Джахи началось кровотечение из горла и носа

Смерть полная остановка биологических и физиологических процессов жизнедеятельности организма. В медицине изучением смерти занимается наука танатология.

Это дело поднимает важные вопросы. Как кто-то может быть мертв в одной части тела и не в другой? И как быть с теми, кто верить, что наука найдет способ оживить мозг, пока тело остается живым.

От пересадки органов до трансплантации головы

В 1967 году американский нейрохирург Роберт Уайт, продемонстрировал, что охлаждение мозга дает хирургам больше времени для проведения успешных операций. Но помнят его, все же, за другое. В историю Уайт как человек, который впервые пересадил голову обезьяне.

Удивительно, но пересаженная голова оставалась функциональной в течение восьми дней и даже попыталась укусить Уайта за палец, по-видимому, вспомнив своего мучителя. Проведенный эксперимент заставил нейрохирурга задуматься о пересадке человеческой головы. Возможно, это позволило бы мозгу выжить после того, как остальные органы тела отказали.

Доктор Роберт Уайт в Лаборатории исследования мозга

Интересно, что идеальным кандидатам для подобного эксперимента Уайт считал британского физика-теоретика Стивен Хокинга. Голова, содержащая блестящий мозг, могла жить дальше, прикрепленная к новому телу после того, как его собственное перестало функционировать. Уайт умер в 2010 году и, говорят, даже экспериментировал с трансплантацией головы на трупах (бррр!).

Читайте также: Последние мысли о пересадке головы: получится или нет?

Но несмотря на множество этических (и медицинских) проблем, окружающих подобные эксперименты, был достигнут ограниченный успех в процедурах пересадки головы на мышах, собаках и обезьянах. Однако нельзя не отметить, что многие хирурги критически относятся к нынешнему уровню успеха, достигнутого на животных моделях.

Более того, медицинское сообщество поставило под сомнение, достаточно ли развиты методы, чтобы практически или этично выполнить пересадку головы человеку. Также оспаривалась эффективность использования донорского тела для одного реципиента, а не для трансплантации нескольких органов. Но такие хирурги как Серджио Канаверо и Сяопин Рен планируют провести первую пересадку головы человека в ближайшие годы.

Критерии для пересадки головы

В целом, пересадка головы показана, когда мозг человека функционирует нормально, в отличие от организма. Важно отметить, что ученые не планируют пересаживать головы для продления чьей-либо жизни, когда организм выходит из строя в результате естественных процессов старения.

Молодые люди могут рассматриваться в качестве кандидатов, если они перенесли острую травму спинного мозга или имеют прогрессирующее дегенеративное заболевание, которое не влияет на мозг. Люди с неоперабельными или запущенными формами рака, которые не метастазировали в мозг, также могут быть рассмотрены в качестве кандидатов.

Кадр из мультсериала «Футурама» те самые головы в банках

Аномалии, влияющие на мозг, скорее всего, будут критерием исключения. Человеку, перенесшему пересадку головы, потребуется большая социальная поддержка, включая непрерывную медицинскую помощь и помощь в повседневной жизни в течение месяцев, если не лет, отмечают исследователи.

На самом деле трудно предугадать, кто может быть или не может быть идеальным кандидатом на пересадку головы. Эти критерии будут разработаны после того, как процедура будет внедрена и будут известны все потенциальные риски осложнений и неудач.

Пересадка головы последняя надежда и может использоваться лишь в тех случаях, когда другие медицинские вмешательства безуспешны.

Перед операцией

Итак, чтобы провести пересадку головы, необходимо убедиться, что операция действительно необходима и безопасна и что получатель донорского тела, скорее всего, добьется долгосрочного успеха. Системная оценка состояния здоровья может иметь важное значение для выявления хронических заболеваний, которые могут повлиять на успех трансплантации. Хирурги, заинтересованные в проведении процедуры, также подготовили протоколы, планирующие этапы будущей пересадки.

С московской конференции биохакеров убрали доклад о пересадке головы из-за неэтичности темы

Например, может потребоваться тестирование на наличие хронических инфекций, диабета, дисфункции щитовидной железы и других отклонений. Возможно, важно исключить тех, кто курит, употребляет алкоголь или другие запрещенные вещества, пишут исследователи.

Другие медицинские эксперты, напротив критикуют значимость или актуальность подобных экспериментальных исследований, поскольку хирургические прецеденты, установленные на животных, не всегда применимы к хирургии человека. Более того, многие из запланированных инструментов и методов еще недостаточно изучены для их соответствующего использования.

Это интересно: Зачем испанские ученые работают над созданием химеры человека и обезьяны в Китае?

Этические проблемы

Так, например, 19 октября в Москве должны были выступить футуролог Данила Медведев и предприниматель Петр Кондауров. Их рассказ на Biohacking Conference должен был быть посвящен трансплантологии и в том числе пересадке голове. В конце концов, еще в 50-е годы советский и российский биолог Владимир Демихов проводил опыты по подсаживанию голов одних животных другим.

Их лекция так и не состоялась. Видимо, нашлись люди, к подобным экспериментам и лекциям не готовые, которые подали официальную жалобу и доклад сняли с программы. Подобный подход вряд ли можно назвать научным, так что Кондауров и Медведев планируют доказать свою правоту делом.

Итальянский нейрохирург Серджио Канаверо

Среди тех, кто регулярно подвергается нападкам общественности, ранее упомянутый хирург Серджио Канаверо. Он планирует провести пересадку головы человека, вероятно, в Китае. Да, похоже на какой-то жуткий эксперимент сумасшедшего ученого, но опять же, пересадка органов когда-то считалась невозможной.

Не пропустите: Мы близки к тому, чтобы делать детей из стволовых клеток. Чем это грозит?

На сегодняшний день Канаверо успешно пересадил головы летучим мышам, но пересадка головы обезьяне оказалась неудачной. После операции обезьяна испытывала страшные мучения и животное пришлось усыпить спустя 20 часов после операции. Ранее Канаверо заявлял, что первая в мире пересадка головы состоится в 2017 или 2018 году, но, как видите, ученый ошибся в своих предположениях.

Интересно, что в ноябре 2017 года в Китае совершили удачную пересадку головы человеку. Правда, проводился эксперимент на мертвых телах. А как вы считаете, допустимы ли подобные исследования или же их следует остановить? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

Ученые планируют создать биокомпьютер из органоидов мозга

Под искусственными мозгами следует понимать органоид, то есть трехмерное скопление мозговых клеток, полученных из модифицированных стволовых клеток. Органоид не является полной копией органа, однако может быть на него похож. Ранее мы рассказывали о том, что человеческий органоид пересадили крысе, после чего он приживался и начал функционировать как часть мозга. Это лишь один из множества экспериментов, подтверждающих, что органоиды могут функционировать подобно мозгу. Теперь же ученые хотят пойти еще дальше. Междисциплинарная группа исследователей предлагает преобразовать органоиды в биологический компьютер, который сможет выполнять сложные вычислительные задачи. Этой области уже даже придумано название «органоидный интеллект».

Зачем нужен биологически компьютер?

Как мы рассказывали ранее, ученые уже могут объединять органоиды в органоидные сети. Однако ранее эти возможности использовались исключительно для медицинских целей. К примеру, в упомянутой статье мы рассказывали об органоидной сети с признаками шизофрении, которая поможет ученым лучше понять заболевание и разработать новые методы его лечения.

Собственно говоря, для этих целей и были созданы органоиды. Впервые их вырастили в 2013 году с целью исследования такого заболевания, как микроцефалия. С тех пор органоиды использовали для изучения различны распространенных мозговых заболеваний, а также лечения поврежденного мозга крыс.

Органоид трехмерное скопление клеток определенной ткани, имитирующее орган человека

Но зачем нужен биологический компьютер, ведь кремниевые процессоры способны гораздо эффективнее справляться с вычислительными задачами? С одной стороны, так и есть, но с другой мозг человека лучше обучается. По словам ученых, органоиды содержат много клеток, которые мозг человека использует для получения информации, то есть обучения, и ее последующего ее хранения. По их мнению, биологический компьютер может быть незаменимым при решении вычислительных задач, требующих быстрого обучения без больших затрат энергии.

В чем преимущество человеческого мозга перед компьютером?

Способность быстро обучаться не единственное преимущество человеческого мозга перед компьютерами. Еще он обладает уникальной способностью хранить большие объемы информации. В среднем емкость нашего мозга оценивается в 2500 ТБ. По мнению некоторых ученых, человеческий мозг помнит гораздо больше, чем мы себе представляем. А те проблемы с памятью, которые мы испытываем, на самом деле связаны с воспроизведением информации.

К примеру, если вы прочитали книгу и со временем забыли какие-то моменты или главы из нее, при повторном прочтении будете вспоминать то, о чем написано в тексте. Данное явление и является подтверждением того, что мозг на самом деле помнит информацию, но не может ее воспроизвести.

Емкость памяти мозга оценивается в 2500 Тб

По мнению ученых, транзисторные компьютеры уже достигают своего предела возможностей, так как увеличивать количество транзисторов в маленьком чипе становится сложно. Искусственный же мозг, по мнению ученых, может масштабироваться и вообще обладает большим потенциалом вычислительных способностей.

Биокомпьютер на основе мозга несколько это реально?

Каким образом ученые вообще собираются создать процессор, подобный человеческому мозгу? Как сообщается в статье, опубликованной в издании Frontiers in Science, для создания биокомпьютера, ученые вначале адаптируют инструменты биоинженерии и машинного обучения, что позволит стимулировать и регистрировать нейронную активность в органоидах мозга.

Благодаря этому можно будет не только отправлять и получать данные от органоидов, но и объединять их вместе, то есть образовывать сложные сети мозговых кластеров. Таким образом можно будет повышать вычислительную мощность, как если бы несколько мозгов отдельных людей объединили в один, более мощный мозг.

Нейронные сети, образованные органоидами, можно масштабировать

В настоящее время мозговые органоиды, которые используют для медицинских целей, содержат сравнительно не много клеток (около 50 тысяч), и поэтому вычислительные возможности их невелики. Но, чтобы использовать органоиды для вычислительных целей, их количество придется увеличить до 10 миллионов нейронов.

Станет ли такой искусственный мозг сверхразумом?

Этот вопрос наверняка многих заинтересовал с самого начала статьи. По мнению ученых, скорее всего биокомпьютер не будет обладать разумом, но наверняка органоиды обретут некоторую форму интеллекта. Это, скорее всего, поднимет вопрос о том, что такое сознание и обладают ли им органоиды.

Ученые сомневаются, что биокомпьютер будет обладать разумом

В настоящее время известно, что органоиды способны имитировать колебательное поведение нервной системы при развитии коры, то есть мозговые волны от стадии недоношенного ребенка до периода индивидуального развития. Причем под наркозом эти колебания затухают подобно человеческому мозгу.

Обязательно переходите по этой ссылке, чтобы подписаться на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛЕ. С ним вы будете в курсе самых последних событий в мире науки и высоких технологий.

Хотя некоторые ученые уверены, что никаким разумом биокомпьютер обладать не будет, так как даже большое скопление нейронов, связанных вместе, не делает его разумом. Хэнк Грили сравнивает нейроны с грудой отесанных камней, которые не обязательно образуют Шартрский собор, даже если их очень много. Однако команда планирует подключить к своим исследованиям представителей общественности и других ученых для оценки вопросов этического характера.

Ученые создали искусственный эмбрион без яйцеклетки, сперматозоида и оплодотворения

Одна из самых удивительных загадок биологии, которую охраняет сама природа процессы во время развития эмбриона. Они скрыты от посторонних глаз, так как происходят в теле матери. Однако теперь израильские ученые института Вейцмана, похоже, нашли способ как изучить механизмы развития плода более детально. Для этого они создали искусственные эмбрионы мышей. Самое необычное в этом всем, что зародыши были созданы из стволовых клеток, то есть без сперматозоидов, яйцеклетки и оплодотворения. Но и это еще не все искусственные эмбрионы показали способность жить достаточно длительное время и развивать анатомию, которая полностью соответствует естественной. Ничего подобного ранее добиться ученым не удавалось.

В чем сложность создания искусственных эмбрионов

Ранее мы уже рассказывали, что ученые смогли вырастить искусственный эмбрион человека и обезьяны. Однако он был получен путем редактирования генов эмбриона обезьяны. То есть это не было создания эмбриона с нуля. Кроме того, ученые выращивали отдельные органоиды и наблюдали за их развитием. В частности, благодаря этому удалось узнать, что кишечник влияет на развитие сердца.

Однако создать полноценный искусственный эмбрион из стволовых клеток, который бы полноценно и правильно развивался, не получалось. В какой-то момент их развитие останавливалось клетки начинали специализироваться, но система органов не формировалась. При этом эмбрионы жили не более нескольких дней. Теперь же эту стену ученым удалось преодолеть, о чем сообщается в журнале Cell.

Правильные клетки стали возникать в нужное время говорит биолог, сотрудник Медицинского центра Лейденского университета, Нильс Гейсен.

Благодаря данному достижению израильские ученые смогут не только изучить процессы, которые происходят во время развития эмбриона, но и понять почему возникают врожденные дефекты. Более того, руководитель исследования, биолог стволовых клеток, профессор Джейкоб Ханна, надеется в будущем создать эмбрион из человеческих стволовых клеток.

Автор работы, профессор Джейкоб Ханна

Как ученые создали искусственные эмбрионы

В прошлом году Джейкоб Ханна со своими коллегами разработал технологию выращивания эмбрионов мышей. Она позволила жить плодам вне тела матери рекордные 11 дней. Для понимания, это более половины срока беременности мышей. Добиться такого результата помогла механическая матка. Устройство напоминает колесо с бутылочками по кругу. Эмбрионы вращаются внутри бутылок, заполненных питательной жидкостью и факторами роста. Установка не только обеспечивает оптимальные условия для развития зародышей, но и позволяет с высокой точностью отслеживать уровень кислорода, а также другие жизненно важные показатели.

Ранее команда выращивала эмбрионы, полученные путем оплодотворения яйцеклетки мышей. На этот раз задача состояла в том, чтобы получить эмбрионы из эмбриональных стволовых клеток. Для этого ученые смешали их с генетически измененными стволовыми клетками, которые должны были развиться в плаценту или желточный мешок. То есть генетически измененные клетки должны были измениться в ткани вне плода для поддержания его роста. Однако некоторые стволовые клетки не были смешаны с генетически измененными клетками.

Механическая матка для выращивания эмбрионов

Большинство стволовых клеток не смогли сформировать эмбрионоподобные структуры, однако около 0,5% клеток все же объединились в небольшие шарики. После этого, на на пятый день, скопления клеток ученые перенесли из культуральных чашек в механическую матку, где они продолжили развиваться.

К восьмому дню эмбриоиды стали напоминать 8,5-дневные естественные эмбрионы. У них начали появляться отдельные ткани и органы. Как отмечают авторы работы, зародыши обладали бьющимся сердцем, хвостовыми концами, а также сегментами, которые впоследствии превращаются в скелетные мышцы. Более того, ученые обнаружили развивающийся головной и спинной мозг, а также зачатки других органов.

В целом искусственные эмбрионы были практически идентичны естественным. Исследователи измерили генную активность в более чем 40 000 эмбриоидных клеток. Оказалось, что все ожидаемые типы клеток находились в правильных местах и возникали в нужное время. Схожесть с естественными эмбрионами составляла 95%.

Сравнение искусственных и естественных эмбрионов

Можно ли создать из искусственных эмбрионов животных и людей?

Как говорят сами авторы работы, искусственный эмбрион не мог развиться в полноценное животное. По неизвестным причинам зародыши перестали развиваться на восьмой день. Ученые продолжат исследование, и надеются преодолеть этот барьер. Но, в любом случае, уже удалось совершить серьезный прорыв в области выращивания искусственных эмбрионов.

ВНИМАНИЕ! ПУБЛИКУЕМ ССЛКУ НА ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Не упустите возможность подписаться, здесь вас ждут захватывающие материалы, которых нет на нашем сайте.

По мнению исследователей, данная работа поможет сократить количество экспериментов на животных. Кроме того, эти наработки помогут проложить путь к источникам клеток и тканей для трансплантации. К примеру, клетки костного мозга могут быть использованы для лечения больных лейкемией. Таким образом изначально не стоит задача создавать искусственных животных или людей из искусственных эмбрионов.

Последние комментарии