Стационарные и носимые устройства, очищающие кровь и восполняющие часть других функций
2–4 суток
Легкие
Наполнение крови кислородом и удаление углекислого газа
Стационарные и носимые устройства, наполняющие кровь кислородом и удаляющие углекислый газ
Обычно до месяца, изредка — 2–3 месяца
Киборгизация жизнеобеспечения чрезвычайно важна для продления жизни, поскольку в подавляющем большинстве случаев стареющий человек умирает именно из-за отказа жизненно важных органов.
Искусственные органы не стареют, допускают ремонт и замену и теоретически могут использоваться неограниченно долго. Если удастся без побочных эффектов перевести на искусственную основу всю систему жизнеобеспечения, тогда биологически стареющим звеном останется лишь мозг. И при условии преодоления нейродегенеративных заболеваний, которые, возможно, связаны со старением системы жизнеобеспечения, человек сможет прожить 200–300 лет.
Рассмотрим успехи киборгизации жизнеобеспечения на примере искусственного сердца.
Этапы развития технологий искусственного сердца (ИС)
Годы
Основные достижения
Ключевые исследователи
1920-е
Построены первые стационарные искусственные кровяные насосы (стационарные ИС). С помощью этих насосов и донорских легких в экспериментах впервые поддерживается жизнедеятельность изолированных голов собак. Максимальное время использования насосов — порядка нескольких часов. Более длительное использование невозможно из-за множества побочных эффектов — заражение крови, тромбообразование и т. д.
Сергей Брюхоненко, Сергей Чечулин
1930-е
Первое экспериментальное имплантируемое ИС поддерживает жизнь собаки в течение полутора часов
Владимир Демихов
1950-е
Первый клинически применимый стационарный аппарат, состоящий из кровяного насоса и оксигенатора (аппарат «сердце-легкие») впервые позволяет делать операции на сердце с временным выключением органа из системы кровообращения
Джон Гиббон
1960-е
Пациентам впервые имплантированы устройства двух типов: вспомогательное ИС, работающее в паре с ослабленным биологическим сердцем (1963), и полнофункциональное ИС (1969). Первое устройство проработало 4 суток, после чего пациент восстановился. Второе устройство проработало 3 суток, после чего пациент получил орган от донора (но вскоре умер)
Майкл Дебейки, Доминто Лиотта, Дентон Кули
1970-е
В экспериментах на животных максимальное время использования полнофункциональных ИС возрастает с 10 дней до года
Виллем Кольф, Роберт Джарвик
1980-е
Пациентам имплантированы новые полнофункциональные ИС
Jarvik-7
. Пациент Барни Кларк (1982) прожил 112 суток, пациент Уильям Шредер (1984) прожил 620 дней, поставив абсолютный рекорд, до сих пор не превзойденный полнофункциональными ИС
Уильям Девриз
1990-е
Основное внимание исследователей смещается с полнофункциональных ИС на вспомогательные. Вспомогательные устройства имеют меньшую мощность, чем полнофункциональные, но более безопасны для пациентов. Обычно их мощности хватает, чтобы избежать трансплантации донорского сердца. Вспомогательные ИС начинают массово входить в медицинскую практику
Роберт Джарвик, Бад Фрейзер и многие другие
2000-е
Вспомогательные ИС побивают двухлетний рекорд ИС
Jarvik-7
. К концу декады максимальное время жизни пациентов со вспомогательными ИС достигает, по разным данным, 7–9 лет. В массовое применение входит новая прямоточная схема, при которой кровь перекачивается высокоточной турбиной без пульса. Несмотря на кажущуюся нефизиологичность, такой способ оказался более предпочтителен по энергоэффективности, надежности и компактности устройств. Счет пациентов идет на тысячи
Множество компаний
Начало
2010-х
Пациенту впервые имплантировано полнофункциональное ИС, собранное из двух прямоточных вспомогательных ИС
Heartmate II
. По отдельности
Heartmate II
уже использовались некоторыми пациентами более 6 лет. Вполне вероятно, что новое полнофункциональное ИС также сможет побить рекорд
Jarvik-7
. Помимо этого разработана и тестируется революционно новая 13-камерная конструкция полнофункционального ИС, обещающая обеспечить высокую надежность при крайне малой стоимости — порядка 2000 долларов
Бад Фрейзер, Уильям Кон, Суджой Кумар Гуха
Максимальное время непрерывного использования искусственных сердец и искусственных легких с экстраполяцией на ближайшее будущее (по материалам работы Виктора Аргонова «Искусственные органы как путь к радикальному продлению жизни»)
Благодаря успехам вспомогательных ИС врачи уже всерьез рассматривают перспективу полного отказа от донорских сердец в обозримом будущем. Средний срок работы живых донорских сердец — 15 лет, однако они остаются дефицитом. Средний и максимальный срок работы ИС пока что меньше. Однако максимальное зарегистрированное время использования вспомогательного ИС растет почти линейно и к концу 2030-х годов может приблизиться к 30 годам.
Биокиборгизация на основе «напечатанных» органов
В настоящее время развивается технология 3D-печати органов из смеси клеток на специальных принтерах. Уже были напечатаны кожа и межпозвоночные диски, но вживлены пока только животным. Благодаря технологиям 3D-печати уже сейчас несколько тысяч людей во всем мире имеют титановые протезы костей черепа и ног.
Возможно, что одной из технологий биокиборгизации в будущем станет создание «биосемян», которые помещаются в тело человека и выращивают новый орган или конечность, соединяясь своими отростками с сосудами и нервами.
Идеальным решением проблемы бессмертия может стать 3D-печать всего человеческого тела с последующей пересадкой в него мозга, обновленного с помощью стволовых клеток.
Техническое вмешательство в мозг
Это направление киборгизации еще сильнее приближает ее к ядру личности, поскольку предполагает создание мозговых протезов, которые смогут выполнять функции отдельных участков мозга. До сих пор в этом направлении остается ряд фундаментальных проблем: например, неизвестно, какие части мозга непосредственно порождают субъективный опыт.
В 2003 году исследователями университета Южной Калифорнии была разработана первая схема области мозга крысы, отвечающей за кратковременную память. А через 8 лет эта группа ученых под руководством профессора Теодора Бергера совместно с коллегами из Университета Уэйк Форест создала искусственный гиппокамп крысы и протестировала его на грызунах. Результаты исследований были опубликованы в августе 2011 года в Journal of Neural Engineering. Нейронная сеть, формирующая долговременные воспоминания у крыс, была заменена чипом, который не только дублировал функции гиппокампа, но и смог улучшить способности мозга.
На следующем этапе ученые хотят создать и испытать протез гиппокампа обезьяны. А электронный протез части человеческого мозга Бергер планирует создать через 15 лет.
Уже сейчас в экспериментах вполне может быть собрана интегрированная система жизнеобеспечения, способная одновременно восполнить большинство необходимых функций, если бы было необходимое финансирование.
