Quantumrun

BILLEDKREDIT: Quantumrun

Slut på varige fysiske skader og handicap: Future of Health P4

David Tal, udgiver, fremtidsforsker
@DavidTalWrites
LinkedIn

Tue, 09 / 15 / 2020 - 05: 38

For at afslutte permanente, fysiske skader er vores samfund nødt til at træffe et valg: Leger vi Gud med vores menneskelige biologi, eller bliver vi en del af maskine?

Indtil videre i vores Future of Health-serie har vi fokuseret på fremtiden for lægemidler og helbredelse af sygdomme. Og selvom sygdom er den mest almindelige årsag til, at vi gør brug af vores sundhedssystem, kan de mindre almindelige årsager ofte være de mest alvorlige.

Uanset om du er født med et fysisk handicap eller lider af en skade, der midlertidigt eller permanent begrænser din mobilitet, er de sundhedstilbud, der i øjeblikket er tilgængelige for at behandle dig, ofte begrænsede. Vi har bare ikke haft værktøjerne til fuldt ud at reparere skaden forårsaget af defekt genetik eller alvorlige skader.

Men i midten af 2020'erne vil denne status quo blive vendt på hovedet. Takket være fremskridt inden for genomredigering beskrevet i det foregående kapitel, såvel som fremskridt inden for miniaturiserede computere og robotteknologi, vil æraens permanente fysiske svagheder komme til en ende.

Mennesket som maskine

Når det kommer til fysiske skader, der involverer tab af et lem, har mennesker en overraskende komfort ved at bruge maskiner og værktøjer til at genvinde mobiliteten. Det mest oplagte eksempel, proteser, har været i brug i årtusinder, almindeligvis omtalt i oldgræsk og romersk litteratur. I 2000 opdagede arkæologer den 3,000 år gamle, mumificerede rester af en egyptisk adelskvinde, der bar en tåprotese lavet af træ og læder.

I betragtning af denne lange historie med at bruge vores opfindsomhed til at genoprette et vist niveau af fysisk mobilitet og sundhed, bør det ikke komme som en overraskelse, at brug af moderne teknologi til at genoprette fuld mobilitet bliver hilst velkommen uden den mindste protest.

Smarte proteser

Som nævnt ovenfor, mens området for protetik er gammelt, har det også været langsomt med at udvikle sig. I de sidste par årtier er der sket forbedringer i deres komfort og livagtige udseende, men det er først i det sidste halvandet årti, at der er sket sande fremskridt på området, hvad angår omkostninger, funktionalitet og brugervenlighed.

For eksempel, hvor det engang ville koste op til $100,000 for en tilpasset protese, kan folk nu bruge 3D-printere til at bygge brugerdefinerede proteser (i nogle tilfælde) for mindre end $1,000.

I mellemtiden, for brugere af benprotese, som har svært ved at gå eller gå op ad trapper naturligt, nye virksomheder anvender området for biomimik til at bygge proteser, der giver både en mere naturlig gang- og løbeoplevelse, samtidig med at den skærer den indlæringskurve, der er nødvendig for at bruge disse proteser.

Et andet problem med benproteser er, at brugerne ofte finder dem smertefulde at have på i længere perioder, selvom de er specialbyggede. Det skyldes, at vægtbærende proteser tvinger den amputeredes hud og kød omkring deres stump til at blive knust mellem deres knogle og protese. En mulighed for at omgå dette problem er at installere en slags universalkonnektor direkte i den amputeredes knogle (svarende til okulære og tandimplantater). På den måde kan benprotese direkte "skrues ind i knoglen". Dette fjerner huden på kødsmerter og giver også den amputerede mulighed for at købe en række masseproducerede proteser, som ikke længere skal masseproduceres.

Men en af de mest spændende ændringer, især for amputerede med proteser til arme eller hænder, er brugen af en teknologi i hurtig udvikling kaldet Brain-Computer Interface (BCI).

Hjernedrevet bionisk bevægelse

Først diskuteret i vores Computernes fremtid serie, involverer BCI at bruge et implantat eller en hjernescanningsenhed til at overvåge dine hjernebølger og forbinde dem med kommandoer til at styre alt, der drives af en computer.

Faktisk har du måske ikke indset det, men begyndelsen af BCI er allerede begyndt. Amputerede er nu test af robotlemmer styret direkte af sindet, i stedet for gennem sensorer fastgjort til bærerens stump. Ligeledes er mennesker med svære handicap (såsom quadriplegikere) nu bruge BCI til at styre deres motoriserede kørestole og manipulere robotarme. I midten af 2020'erne vil BCI blive standarden i at hjælpe amputerede og personer med handicap med at leve mere selvstændigt liv. Og i begyndelsen af 2030'erne vil BCI blive avanceret nok til at tillade personer med rygmarvsskader at gå igen ved at videregive deres gå-tankekommandoer til deres nedre torso gennem en spinal implantat.

At lave smarte proteser er selvfølgelig ikke alt, hvad fremtidige implantater vil blive brugt til.

Smarte implantater

Implantater bliver nu testet til at erstatte hele organer med det langsigtede mål at eliminere de ventetider, patienter står over for, når de venter på en donortransplantation. Blandt de mest omtalte organerstatningsanordninger er det bioniske hjerte. Flere designs er kommet på markedet, men blandt de mest lovende er en enhed, der pumper blod rundt i kroppen uden puls … giver en helt ny betydning til de gående døde.

Der er også en helt ny klasse af implantater designet til at forbedre menneskelig ydeevne, i stedet for blot at bringe nogen tilbage til en sund tilstand. Disse typer implantater dækker vi i vores Fremtiden for menneskelig evolution serien.

Men hvad angår sundhed, er den sidste implantattype, vi vil nævne her, næste generations, sundhedsregulerende implantater. Tænk på disse som pacemakere, der aktivt overvåger din krop, deler din biometri med en sundhedsapp på din telefon, og når den registrerer, at sygdommen opstår, frigiver medicin eller elektriske strømme for at genoprette balancen i din krop.

Selvom dette kan lyde som Sci-Fi, arbejder DARPA (det amerikanske militærs avancerede forskningsarm) allerede på et projekt kaldet ElectRx, forkortelse for Electrical Prescriptions. Baseret på den biologiske proces kendt som neuromodulation, vil dette lille implantat overvåge kroppens perifere nervesystem (de nerver, der forbinder kroppen med hjernen og rygmarven), og når det opdager en ubalance, der kan føre til sygdom, vil det frigive elektriske impulser, der vil rebalancere dette nervesystem samt stimulere kroppen til at helbrede sig selv.

Nanoteknologi svømmer gennem dit blod

Nanoteknologi er et enormt emne, der har anvendelser inden for en lang række områder og industrier. I sin kerne er det en bred betegnelse for enhver form for videnskab, teknik og teknologi, der måler, manipulerer eller inkorporerer materialer i en skala på 1 og 100 nanometer. Billedet nedenfor vil give dig en fornemmelse af den skala, nanoteknologi arbejder indenfor.

I forbindelse med sundhed bliver nanoteknologi undersøgt som et værktøj, der kan revolutionere sundhedsvæsenet ved at erstatte lægemidler og de fleste operationer helt i slutningen af 2030'erne.

Sagt på en anden måde, forestil dig, at du kunne tage det bedste medicinske udstyr og den viden, der er nødvendig for at behandle en sygdom eller udføre operation og kode det ind i en dosis saltvand - en dosis, der kan opbevares i en sprøjte, sendes overalt og injiceres i enhver, der har behov for det. af lægehjælp. Hvis det lykkes, kan det gøre alt, hvad vi diskuterede i de sidste to kapitler af denne serie, forældet.

Ido Bachelet, en førende forsker i kirurgisk nanorobotik, forestiller sig en dag, hvor en mindre operation blot involverer en læge, der injicerer en sprøjte fyldt med milliarder af forprogrammerede nanobots i et målrettet område af din krop.

Disse nanobots ville derefter sprede sig ud gennem din krop og søge efter beskadiget væv. Når de først var fundet, ville de bruge enzymer til at skære de beskadigede vævsceller væk fra det raske væv. Kroppens raske celler vil så blive stimuleret til både at skille sig af med de beskadigede celler og regenerere vævet omkring hulrummet, der er skabt ved at fjerne det beskadigede væv. Nanobotterne kunne endda målrette og undertrykke omgivende nerveceller for at sløve smertesignaler og reducere inflammation.

Ved hjælp af denne proces kan disse nanobots også anvendes til at angribe forskellige former for kræft, såvel som forskellige vira og fremmede bakterier, der kan inficere din krop. Og selvom disse nanobots stadig er mindst 15 år væk fra udbredt medicinsk adoption, er arbejdet med denne teknologi allerede meget i gang. Infografikken nedenfor skitserer, hvordan nanoteknologi en dag kunne omkonstruere vores kroppe (via ActivistPost.com):

Regenerativ medicin

Ved at bruge paraplybegrebet, regenerativ medicin, denne forskningsgren bruger teknikker inden for vævsteknik og molekylærbiologi til at genoprette funktionen af syge eller beskadigede væv og organer. Grundlæggende ønsker regenerativ medicin at bruge din krops celler til at reparere sig selv, i stedet for at erstatte eller forstærke din krops celler med proteser og maskiner.

På en måde er denne tilgang til healing langt mere naturlig end Robocop-mulighederne beskrevet ovenfor. Men i betragtning af alle de protester og etiske bekymringer, vi har set rejst de sidste to årtier over GMO-fødevarer, stamcelleforskning og senest menneskelig kloning og genomredigering, er det rimeligt at sige, at regenerativ medicin kommer til at løbe ind i hård modstand.

Selvom det er let at afvise disse bekymringer direkte, er virkeligheden, at offentligheden har en langt mere intim og intuitiv forståelse af teknologi, end den har biologi. Husk, proteser har eksisteret i årtusinder; at kunne læse og redigere genomet har kun været muligt siden 2001. Derfor vil mange mennesker hellere blive cyborgs end at få pillet ved deres "gudgivne" genetik.

Derfor håber vi, som en offentlig tjeneste, at den korte oversigt over teknikker til regenerativ medicin nedenfor vil hjælpe med at fjerne stigmatiseringen omkring at spille Gud. I rækkefølge af mindst kontroversiel for de fleste:

Formskiftende stamceller

Du har sikkert hørt meget om stamceller i løbet af de sidste par år, ofte ikke i det bedste lys. Men i 2025 vil stamceller blive brugt til at helbrede en række fysiske tilstande og skader.

Før vi forklarer, hvordan de vil blive brugt, er det vigtigt at huske, at stamceller findes i alle dele af vores krop og venter på at blive kaldt til handling for at reparere beskadiget væv. Faktisk stammer alle de 10 billioner celler, der udgør vores krop, fra de oprindelige stamceller inde fra din mors livmoder. Efterhånden som din krop blev dannet, specialiserede disse stamceller sig i hjerneceller, hjerteceller, hudceller osv.

I disse dage er videnskabsmænd nu i stand til at vende næsten enhver gruppe af celler i din krop tilbage i de oprindelige stamceller. Og det er en stor ting. Da stamceller er i stand til at omdannes til en hvilken som helst celle i din krop, kan de bruges til at hele næsten ethvert sår.

En forenklet eksempel af stamceller på arbejdspladsen involverer læger, der tager hudprøver af forbrændingsofre, forvandler dem til stamceller, dyrker et nyt lag hud i en petriskål og derefter bruger den nyudvoksede hud til at transplantere/erstatte patientens forbrændte hud. På et mere avanceret niveau bliver stamceller i øjeblikket testet som behandling for helbrede hjertesygdomme og endog helbrede rygmarvene hos paraplegikere, så de kan gå igen.

Men en af de mere ambitiøse anvendelser af disse stamceller gør brug af nyligt populær 3D-printteknologi.

3D bioprint

3D-bioprint er den medicinske anvendelse af 3D-print, hvor levende væv udskrives lag for lag. Og i stedet for at bruge plastik og metaller som normale 3D-printere, bruger 3D-bioprintere (du gættede det) stamceller som byggemateriale.

Den overordnede proces med at indsamle og dyrke stamcellerne er den samme som den proces, der er skitseret for forbrændingsofferet. Men når nok stamceller er dyrket, kan de derefter føres ind i 3D-printeren for at danne næsten enhver organisk 3D-form, såsom erstatningshud, ører, knogler, og især kan de også trykte organer.

Disse 3D-printede organer er en avanceret form for vævsteknologi, der repræsenterer det organiske alternativ til de tidligere nævnte kunstige organimplantater. Og ligesom de kunstige organer, vil disse trykte organer en dag reducere manglen på organdonationer.

Når det er sagt, giver disse trykte organer også en ekstra fordel for medicinalindustrien, da disse trykte organer kan bruges til mere nøjagtige og billigere lægemiddel- og vaccineforsøg. Og da disse organer er printet ved hjælp af patientens egne stamceller, falder risikoen for, at patientens immunsystem afstøder disse organer, drastisk sammenlignet med donerede organer fra mennesker, dyr og visse mekaniske implantater.

Længere ud i fremtiden, i 2040'erne, vil avancerede 3D-bioprintere printe hele lemmer, der kan sættes fast på stumpen af amputerede, og derved gøre proteser forældede.

Genterapi

Med genterapi begynder videnskaben at pille ved naturen. Dette er en form for behandling designet til at korrigere genetiske lidelser.

Enkelt forklaret involverer genterapi at få dit genom (DNA) sekventeret; derefter analyseret for at finde defekte gener, der forårsager en sygdom; derefter ændret/redigeret for at erstatte disse defekter med sunde gener (i dag ved hjælp af CRISPR-værktøjet forklaret i det foregående kapitel); og så endelig genindføre de nu sunde gener tilbage i din krop for at helbrede nævnte sygdom.

Når først den er blevet perfektioneret, kunne genterapi bruges til at helbrede en række sygdomme, såsom kræft, AIDS, cystisk fibrose, hæmofili, diabetes, hjertesygdomme, endda udvalgte fysiske handicap som f.eks. døvhed.

Genteknologi

Genteknologiens sundhedsapplikationer går ind i en sand gråzone. Teknisk set er stamcelleudvikling og genterapi i sig selv former for genteknologi, omend milde. Imidlertid involverer de anvendelser af genteknologi, der bekymrer de fleste mennesker, menneskelig kloning og konstruktion af designer-babyer og supermennesker.

Disse emner vil vi overlade til vores Future of Human Evolution-serie. Men til formålet med dette kapitel er der en genteknologiapplikation, der ikke er så kontroversiel … ja, medmindre du er veganer.

I øjeblikket arbejder virksomheder som United Therapeutics på gensplejsede grise med organer, der indeholder menneskelige gener. Grunden til at tilføje disse menneskelige gener er at undgå, at disse svineorganer bliver afstødt af immunsystemet hos det menneske, de er implanteret i.

Når først det er lykkedes, kan husdyr dyrkes i skala for at levere en næsten ubegrænset mængde af erstatningsorganer til dyr-til-menneske "xeno-transplantation". Dette repræsenterer et alternativ til de kunstige og 3D-printede organer ovenfor, med fordelen af at være billigere end kunstige organer og længere fremme teknisk end 3D-printede organer. Når det er sagt, vil antallet af mennesker med etiske og religiøse grunde til at modsætte sig denne form for organproduktion sandsynligvis sikre, at denne teknologi aldrig bliver virkelig mainstream.

Ikke flere fysiske skader og handicap

I betragtning af vasketøjslisten over teknologiske versus biologiske behandlingsmetoder, vi lige har diskuteret, er det sandsynligt, at æraen med permanent fysiske skader og handicap ophører senest i midten af 2040'erne.

Og selvom konkurrencen mellem disse diametriske behandlingsmetoder aldrig rigtig vil forsvinde, vil deres kollektive påvirkning stort set repræsentere en sand præstation inden for menneskelig sundhedspleje.

Selvfølgelig er dette ikke hele historien. På dette tidspunkt har vores Future of Health-serie udforsket de forventede planer for at eliminere sygdom og fysisk skade, men hvad med vores mentale sundhed? I det næste kapitel vil vi diskutere, om vi kan helbrede vores sind lige så let som vores kroppe.