Mus gydys nanorobotai?

Mus gydys nanorobotai?


Jūs sunegalavote ir neliko nieko kito, kaip tik keliauti į pačią paprasčiausią polikliniką, kur vėlgi pats paprasčiausias šeimos gydytojas jums suleidžia injekciją ir – o, siaube! – jūs išgirstate diagnozę: auglys. Tačiau jūsų nesiunčia pas chirurgą, ir po dar vienos injekcijos ramiausiai keliaujate namo džiaugtis gyvenimu tvirtai žinodami, kad po kelių dienų jūsų liga išnyks. Fantastika? Šiandien – taip, tačiau ateityje tai gali tapti realybe.


Vitalijus BALKUS


Mažiau žalos pacientui


Siekis gydant kuo mažiau traumuoti pacientą yra toks pat senas, kaip ir pati medicina. Jau antikos laikų chirurgai puikiai žinojo ne tik tai, kokio ilgio ar storio įrankiai tinkamiausi vienai ar kitai procedūrai. Manoma, kad, priklausomai nuo to, kokį darbą reikėjo atlikti, tie patys įrankiai netgi buvo galandami skirtingai. Na, o drąsiausi tyrinėtojai kelia hipotezę, kad dar senesniais laikais įrankiai, naudoti įprastam darbui, ir įrankiai, skirti žmogaus kaukolei atverti, galėjo skirtis – buvo atsižvelgiama į tai, kad neatsargiu smūgiu ligoniui nebūtų padaryta nepataisomos žalos. Tiesa, kol kas tai – tik drąsi hipotezė, tačiau tikrai turinti svarų pagrindą.

Deja, atsitiko taip, kad antikinės medicinos lobynas buvo iš esmės prarastas kelis šimtmečius ir daug ką teko atrasti iš naujo jau XVIII, XIX ar net XX a. Be to, Bažnyčios draudimas atverti žmogaus kūną apskritai sustabdė bet kokius rimtesnius tyrimus, ir medicinai eiti į priekį teliko viena rimtesnė landa – karo chirurgija. Žmonijos laimei, karuose būdavo sužalojami ne vien eiliniai kariai, bet ir kilmingi didikai ar net monarchai, ir tada netgi Bažnyčios draudimai buvo nė motais, tad, nors ir lėtai, progresas vyko.

REKLAMA


Be abejo, vos tik draudimų tyrinėti žmogaus kūną sumažėjo, technologijoms ir toliau tobulėjant įvyko tiesiog medicinos revoliucija, ir jau XX a. pradžioje buvo sėkmingai atlikta laparoskopinė operacija be didelio traumuojančio pjūvio. Taigi mintis, kad būtų gerai taisyti organizmą iš vidaus visiškai nieko nepjaunant, anksčiau ar vėliau turėjo kilti, ir, be abejo, taip atsitiko.


Mašinos žmogaus viduje


1959 m. fizikas teoretikas, Nobelio premijos laureatas Ričardas Filipsas Fainmenas iškėlė mokslinę hipotezę, kurios esmė – sukurti itin mažus, atomo dydžio, mechanizmus. Net ir šiandien jo prognozės vis dar atrodo šiek tiek fantastiškos, tačiau mikroskopinių mašinų idėja užvaldė mokslininkų protus, ir prasidėjo tikros lenktynės kuriant vis mažesnius mechanizmus.


1986-aisiais išleistoje inžinieriaus ir mokslininko Kimo Eriko Drekslerio knygoje „Kūrybos varikliai“ jau vartojamas žodis „nanorobotai“, o pats autorius teigė, kad bus sukurtos medicininės mašinos, veiksiančios organizmo viduje. Be grynai mechaninių mašinų, K. E. Dreksleris minėjo ir galimybę sukurti biorobotus iš gyvų ląstelių ir pasitelkus juos koreguoti ir audinius, ir ląsteles, ir netgi DNR pažeidimus. Dera pasakyti, kad jis buvo visiškai teisus, tačiau apie tai, kada ir kaip ėmė pildytis jo drąsiausia pranašystė, pakalbėsime kiek vėliau.

REKLAMA


K. E. Dreksleris savo 1992 m. disertacijoje ir jos pagrindu išleistoje monografijoje „Nanosistemos“ galutinai sudėliojo nanorobotų naudojimo medicinoje principus bei užduotis. Autoriaus teigimu, tai turėtų būti tikslinis vaistų pristatymas į ligos židinį, diagnostika, chirurginės operacijos ir... užšaldytų iki to laiko, kol gydytojai išmoks gydyti tokius pacientus, žmonių atgaivinimas. Jei atmesime kol kas sunkiai realizuojamą krionikos – žmonių užšaldymo ir atgaivinimo – idėją, visomis kitomis kryptimis mokslininkai sėkmingai dirba.


Viena iš tokių krypčių – tai elektroninių tablečių kūrimas. 2003 m. Jungtinėse Amerikos Valstijose buvo pristatyta pirmoji sistema, sudaryta iš mikroprocesoriaus ir vaistų talpyklos. Tokią sistemą implantavus į žmogaus organizmą, ji, veikdama pagal sukurtą programą, išskirtų į organizmą reikiamą kiekį vaistų. Tai labai svarbu sergant lėtinėmis ligomis. Svarbu ir tai, kad tokia sistema leistų naudoti tiek skirtingų vaistų rezervuarus, tiek jutiklius, kurie reaguotų į esamą sveikatos būklę ir pagal poreikį galėtų koreguoti vaistų dozę. Tokios sistemos, žinoma, dar toli gražu ne mikroskopinio dydžio, tačiau jų kuriama vis daugiau ir jos tampa vis sudėtingesnės ir mažesnės.


Sumažinti tokių sistemų iki norimo dydžio negalima dėl vienos paprastos priežasties – joms reikia energijos šaltinio. Ir ne šiaip šaltinio, o visiškai saugaus. Palyginti neseniai, praeito amžiaus aštuntojo dešimtmečio pradžioje, buvo naudojami tikrai efektyvūs ir kompaktiški širdies stimuliatorių energijos šaltiniai, tačiau jie veikė plutonio pagrindu, ir tai jau savaime sveikatos pacientams nepridėdavo. Todėl reikalai pasistūmėjo pirmyn tik tuomet, kai mokslininkai ėmė svarstyti galimybę, kad tuo energijos šaltiniu galėtų tapti paties žmogaus organizmas.



2017 m. Jungtinių Amerikos Valstijų Masačusetso universiteto mokslininkai sukūrė elektroninę kapsulę, kuri išgauna energiją sąveikaudama su skrandžio rūgštimi. Tai leido pailginti aparato veikimo laiką kone neribotai. Tiesa, vėlgi aparatas – toli gražu ne mikroskopinio dydžio, tačiau ši idėja jau sėkmingai plėtojama ir tiriamos galimybės, kad energijos šaltiniu galėtų tapti kraujo plazma. Na, o net ir gana dideliu – 40 x 12 mm, – tačiau ilgą laiką autonomiškai skrandyje galinčiu veikti aparatu susidomėjo diagnostikos sistemų kūrėjai.


Čia mes vėl turime sugrįžti į kiek tolimesnę istoriją, kur aptiksime dabartinių elektroninių tablečių pirmtakes, pradėtas kurti dar šeštajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje, daugiausia – skrandžio sulčių rūgštingumui ar, pavyzdžiui, temperatūrai matuoti. Taip pat aktyviai buvo kuriamos endoskopinės kameros, laisvai keliaujančios skrandyje bei žarnyne ir pasišalinančios natūraliu būdu. Tik štai didelis entuziazmas išblėso susidūrus tiek su jau minėta ilgalaikio energijos šaltinio problema, tiek su tuo, kad kapsulė virškinimo sistemoje judėdavo nekontroliuojamai ir tai žymiai apribojo galimas jos užduotis.


Rasti kelią jau išmoko


Taigi techninių sunkumų kuriant mažas mašinas – per akis, o ką jau kalbėti apie nanorobotus. Tačiau būtent pastarąjį dešimtmetį šioje srityje stebima tikrų tikriausia revoliucija. Visų pirma vienu metu buvo sugalvota daug būdų, leisiančių nanorobotui judėti kryptingai. 2015 m. San Diego universiteto mokslininkai sukūrė variklį, kuris atrodo kaip mikroskopinis tuščiaviduris cinko vamzdelis. Sąveikaudamas su organizmo skysčiais, jis išskiria dujų burbuliukus, kurie veikia kaip tikrų tikriausia raketa.

REKLAMA


Metais anksčiau Makso Planko instituto tyrėjų grupė taip pat pasiūlė naudoti reaktyvinio judėjimo principą, tik jų projektuojamo roboto prototipu tapo jūros moliuskas, o energiją, kurios reikia skysčiui paversti garais, mokslininkai sumanė perduoti iš išorės elektromagnetinėmis srovėmis. Tais pačiais metais kita Makso Planko instituto mokslininkų komanda kartu su Izraelio technologijos instituto mokslininkais sukūrė mikrovariklio sraigtą, 100 kartų mažesnį nei žmogaus eritrocitas (kraujo ląstelė).


Visai kitą kelią pasirinko Izraelio Bar-Ilano universiteto mokslininkai. Jie pasiūlė tiesiog įterpti nanorobotus į gyvos DNR struktūrą, kad šie su tam tikromis ląstelėmis galėtų keliauti iki reikiamos organizmo vietos. Įdomu tai, kad toks nanodalelių (dar ne nanorobotų) gabenimo būdas buvo pademonstruotas pasitelkus tarakonus – jų organizme nanodalelės su „pakeleivingomis“ ląstelėmis nukeliavo būtent ten, kur ir tikėjosi tyrėjai. Na, ir pagaliau 2016 m. olandų chemikas Bernardas Lukas Feringa gavo Nobelio premiją už molekulinius variklius, tad, kaip matote, nanorobotų judėjimo problema pamažu įveikiama.


Tačiau ir vėl turime truputį nuklysti į šoną, nes itin mažos dalelės pasižymi kiek kitokiomis, nei mums įprasta, savybėmis. Dėl labai didelio paviršiaus ploto (palyginti su tūriu) jos yra puikios kitų cheminių medžiagų nešėjos. Be to, dydis leidžia joms išvengti kai kurių natūralių žmogaus organizmo apsaugos mechanizmų ir taip patekti netgi į smegenis. Todėl vaistai, kuriami naudojant nanodalelių technologijas, yra vieni perspektyviausių. Tiesa, tai – didelė pagunda visokio plauko sukčiams bei šarlatanams, tad jei matote turguje kremą su esą nanodalelėmis ar dar ką nors „nano“, nevertėtų susigundyti. Greičiausiai ten jokių nanodalelių nebus.

REKLAMA


Kaip suvaldyti nanorobotų armiją?


Kaip minėta, jau yra būdų nanodalelėms judėti bei susirasti energijos ar ją perduoti, ir ateityje jau šmėžuoja neregėtos perspektyvos, tačiau kodėl mes vis dar esame gydomi senais būdais ir nepasitelkiame į pagalbą robotų? Čia iškyla didžiausia problema – miniatiūrinių mašinų armija. Juk sėkmingai veikti galės tik kelių dešimčių, o gal net ir šimtų tūkstančių aparatų grupė. Kad vykdytų kokią nors iš anksto numatytą programą, tą nanorobotų armiją reikia valdyti.


Be abejo, iki reikiamos vietos juos galima palydėti pasitelkus magnetinį lauką, tačiau, įvertinus reikiamą tikslumą, tai būtų labai didelė nanosistema, kurios išoriniams įrenginiams reikėtų stacionarios vietos, tad apie jokį paciento mobilumą nebūtų nė kalbos. Dar prastesni reikalai su nanorobotų smegenų kūrimu, nes potencialios užduotys reikalauja didelių duomenų apdorojimo pajėgumų. Tad nejaugi ši technologija – pasmerkta?


Tikrai ne, ir čia mūsų laukia vienas naujausių atradimų, kartu ir šiame straipsnyje jau minėto K. E. Drekslerio 1986 m. paskelbtos pranašystės patvirtinimas. Kas gali pats susirasti energijos, apsisaugoti nuo žmogaus imuniteto, pats būti reikiamų medžiagų rezervuaras, judėti be papildomo mechaninio variklio, savyje saugoti pakankamai informacijos, kad tinkamai įvykdytų užduotį? Ogi gyva ląstelė. 2020 m. sausio 28 d. buvo paskelbtas Vermonto ir Tafto universitetų mokslininkų straipsnis apie jų atliktus tyrimus. Ir jei ne tuomet prasidėjusi COVID-19 pandemija, ko gero, visa pasaulio spauda būtų mirgėjusi antraštėmis, panašiomis į


„Mokslininkai sukurs biorobotų armijas“. Panaudojus gyvas naguotųjų rupūžių (Xenopus laevis) kamienines ląsteles, mokslininkams pavyko apskaičiuoti optimaliausią ląstelių kombinaciją, t. y. kiek jų reikia bioroboto raumenims bei odai sukurti, ir sėkmingai sukurti gyvą dėl širdies raumens susitraukimų judantį biorobotą, užprogramuotą vykdyti tam tikras užduotis. Ksenobotais (angl. xenobots) pavadinti biorobotai, be kita ko, susižeidę moka gydyti patys save ir gali gyventi aplinkoje nustatytą laiką. Tai, be abejo, nėra nanorobotai, nes jų skersmuo – net 1 mm, tačiau pats principas aiškiai rodo, kaip galima išspręsti sudėtingas technines problemas.

Tiesa, jau dabar tokia tyrimų kryptis kai kam kelia šiurpą. Nors ksenobotai negali patys daugintis – jie yra sukuriami laboratorijoje, – teoriškai nėra jokių kliūčių dirbtinai sukurti biorobotus, visiškai atitinkančius gyvus organizmus. Galiausiai tokiems biorobotams numatomos užduotys reikalaus milijonų jų kopijų. Pirmiausia kalbama apie ekologines misijas, pavyzdžiui, plastiko mikrodalelių vandenynuose absorbavimą ar radioaktyviųjų atliekų naikinimą.


Taigi medicinos reikmėms galima sukurti kelis šimtus biorobotų, o štai turint omenyje jų poreikį, pavyzdžiui, Ramiojo vandenyno šiukšlių rifui naikinti, apie jokią kiekvieno organizmo gamybą negali būti nė kalbos. Visgi, jei technologija bus sėkminga (dabar dar ir patys jos autoriai negali tiksliai pasakyti, kur galiausiai jų tyrimai nuves), savaiminio kopijų kūrimo ir mažinimo iki ląstelės dydžio bei funkcinių galimybių klausimai bus išspręsti. Ar tai taps Pandoros skrynia – parodys laikas.


Na, o dabar mokslas juda kuo įvairiausiais keliais: vieni tiesiog kuria vadinamuosius protingus vaistus, kiti mechaninių robotų pagrindu bando sukurti tikruosius nanorobotus, treti – miniatiūrinius biorobotus. Beje, galime patikinti, kad jokių nanorobotų, kuriuos galima suleisti žmogui, maža to, nepastebimai, pavyzdžiui, su vakcina, kol kas tikrai nėra.


Daugiau įdomių ir aktualių straipsnių rasite žurnale „Savaitė“. Jį galite gauti tiesiai į savo namus – užsiprenumeravę arba skaityti elektroninę žurnalo versiją.