Vísindi öldrunar: Getum við lifað að eilífu, og ættum við að gera það?

Að eldast fyrir hversdagsmanninn er einfaldlega afleiðing tímans sem líður. Öldrun tekur sinn toll líkamlega og kemur fram í gráum hárum, hrukkum og minnishiksti. Að lokum víkur uppsöfnun dæmigerðs slits fyrir alvarlegri sjúkdóma og meinafræði, svo sem krabbamein, Alzheimer eða hjartasjúkdóma. Svo, einn daginn, andum við öll frá okkur síðasta andardrættinum og sökkum okkur út í hið fullkomna óþekkta: dauðann. Þessi lýsing á öldrun, eins óljós og óákveðin og hún kann að vera, er eitthvað svo í grundvallaratriðum þekkt fyrir hvert og eitt okkar.

Hins vegar er hugmyndafræðileg breyting að gerast sem gæti gjörbylt því hvernig við skiljum og upplifum aldur. Nýlegar rannsóknir á líffræðilegum ferlum öldrunar og þróun lífeðlisfræðilegrar tækni sem miðar að aldurstengdum sjúkdómum, tákna sérstaka nálgun á öldrun. Öldrun er í raun ekki lengur talin tímaháð ferli, heldur uppsöfnun stakra aðferða. Öldrun, í staðinn, gæti verið betur hæft sem sjúkdómur sjálfur.

Sláðu inn Aubrey de Grey, Cambridge doktorsgráðu með bakgrunn í tölvunarfræði, og sjálfmenntaður lífeðlisfræðilegur gerontologist. Hann er með sítt skegg sem flæðir yfir reyrlíkan bringu og bol. Hann talar hratt, orð streyma út úr munni hans með heillandi breskum hreim. Hraði ræðan gæti einfaldlega verið einkennileg persóna, eða hún gæti hafa þróast út frá þeirri brýni tilfinningu sem hann finnur til varðandi stríðið sem hann heyjar gegn öldrun. De Gray er meðstofnandi og framkvæmdastjóri vísindasviðs SENS Rannsóknastofnun, góðgerðarfélag sem er tileinkað efla rannsóknir og meðferð við aldurstengdum sjúkdómum.

De Gray er eftirminnileg persóna og þess vegna eyðir hann miklum tíma í að halda fyrirlestra og safna fólki fyrir hreyfingu gegn öldrun. Í þætti af TED Radio Hour eftir NPR, spáir hann því að „Í grundvallaratriðum væru þær gerðir af hlutum sem þú gætir dáið úr við 100 eða 200 ára aldur nákvæmlega þær sömu og gerðir af hlutum sem þú gætir dáið af við 20 eða 30 ára aldur.

Fyrirvari: Margir vísindamenn myndu vera fljótir að benda á að slíkar spár eru íhugandi og það er þörf á endanlegum sönnunargögnum áður en þeir setja fram svona stórar fullyrðingar. Reyndar, árið 2005, tilkynnti MIT Technology Review SENS áskorun, að bjóða 20,000 dollara hverjum sameindalíffræðingi sem gæti sýnt nægilega fram á að fullyrðingar SENS um að snúa við öldrun væru „óverðugar lærðrar umræðu“. Hingað til hefur enginn gert tilkall til verðlaunanna að fullu nema ein athyglisverð framlagning sem dómurunum fannst nógu mælskur til að vinna sér inn $10,000. Þetta skilur okkur hina dauðlegu hins vegar eftir að glíma við sönnunargögn sem eru í besta falli ófullnægjandi, en nógu efnileg til að verðskulda íhugun á afleiðingum þess.

Eftir að hafa skoðað hauga af rannsóknum og of bjartsýnum fyrirsögnum hef ég ákveðið að einbeita mér aðeins að nokkrum lykilsviðum rannsókna sem hafa áþreifanlega tækni og meðferðir sem tengjast öldrun og aldurstengdum sjúkdómum.

Halda genin lykilinn?

Teikningin fyrir lífið er að finna í DNA okkar. DNA okkar er fullt af kóða sem við köllum „gen“; gen eru það sem ákvarða hvaða lit augun þín verða, hversu hröð efnaskipti þín eru og hvort þú færð ákveðinn sjúkdóm. Á tíunda áratugnum útnefndi Cynthia Kenyon, lífefnafræðifræðingur við háskólann í San Francisco og nýlega eina af 1990 bestu konunum í vísindum árið 15 af Viðskipti innherja, kynnti hugmynd sem breytir hugmyndafræði - að gen gætu líka kóðað hversu lengi við lifum og að kveikja eða slökkva á tilteknum genum gæti lengt heilbrigðan líftíma. Fyrstu rannsóknir hennar beindust að C. Elegans, örsmáir ormar sem eru notaðir sem fyrirmyndarlífverur til rannsókna vegna þess að þeir hafa mjög svipaða erfðamengisþróunarlotu og menn. Kenyon komst að því að slökkt var á tilteknu geni – Daf2 – leiddi til þess að ormarnir hennar lifðu tvöfalt lengur en venjulegir ormar.

Jafnvel meira spennandi, ormarnir lifðu ekki einfaldlega lengur, heldur voru þeir heilbrigðari lengur líka. Ímyndaðu þér að þú lifir í 80 og 10 ár af því að lífið fer í baráttu við veikleika og sjúkdóma. Maður gæti verið hikandi við að lifa til 90 ef það þýddi að eyða 20 árum af lífi þjáð af aldurstengdum sjúkdómum og minni lífsgæðum. En ormarnir í Kenyon lifðu í 160 ár og aðeins 5 árum af því lífi var eytt í „elli“. Í grein í The Guardian, Kenyon bar í ljós það sem sum okkar myndu aðeins vona í leyni; „Maður hugsar bara: „Vá. Kannski gæti ég verið þessi langlífi ormur.'" Síðan þá hefur Kenyon verið brautryðjandi í rannsóknum á því að greina gen sem stjórna öldrunarferlinu.

Hugmyndin er sú að ef við getum fundið meistaragen sem stjórnar öldrunarferlinu, þá getum við þróað lyf sem trufla feril þess gens, eða notað erfðatækni til að breyta því alveg. Árið 2012 birtist grein í Vísindi var birt um nýja tækni við erfðatækni sem kallast CRISPR-Cas9 (auðveldara nefnt CRISPR). CRISPR sópaði í gegnum rannsóknarstofur um allan heim næstu árin og var boðaður inn Nature sem mesta tækniframfarir í líflæknisfræðilegum rannsóknum í meira en áratug.

CRISPR er einföld, ódýr og áhrifarík aðferð til að breyta DNA sem notar hluta af RNA - lífefnafræðilegt jafngildi bréfdúfu - sem leiðir klippingarensím að DNA markræmu. Þar getur ensímið fljótt klippt út gen og sett ný inn. Það virðist frábært að geta „breytt“ erfðafræðilegum röðum manna. Ég ímynda mér að vísindamenn búa til klippimyndir af DNA í rannsóknarstofunni, klippa og líma gen eins og börn við föndurborð og fleygja óæskilegum genum með öllu. Það væri martröð lífeindafræðinga að búa til samskiptareglur sem stjórna því hvernig slík tækni er notuð og á hverjum.

Til dæmis varð uppnám fyrr á þessu ári þegar kínversk rannsóknarstofa birti að það hefði reynt að erfðabreyta fósturvísum manna (skoðaðu upprunalegu greinina á Prótein og fruma, og kerfuffle í kjölfarið kl Nature). Vísindamennirnir voru að kanna möguleika CRISPR til að miða á genið sem ber ábyrgð á β-thalassemiu, arfgengum blóðsjúkdómi. Niðurstöður þeirra sýndu að CRISPR tókst að kljúfa út β-thalassemia genið, en það hafði einnig áhrif á aðra hluta DNA röðarinnar sem leiddi til óviljandi stökkbreytinga. Fósturvísarnir lifðu ekki af, sem undirstrikar enn frekar þörfina fyrir áreiðanlegri tækni.

Þar sem það tengist öldrun er ímyndað sér að hægt sé að nota CRISPR til að miða á aldurstengda gena og kveikja eða slökkva á ferli sem myndi hjálpa til við að hægja á öldruninni. Þessa aðferð væri helst hægt að koma með með bólusetningu, en tæknin er hvergi nærri því að ná þessu markmiði og enginn getur sagt með afgerandi hætti hvort hún muni nokkurn tíman gera það. Svo virðist sem að endurhanna erfðamengi mannsins í grundvallaratriðum og breyta því hvernig við lifum og (mögulega) deyjum sé enn hluti af vísindaskáldskap - í bili.

Lífrænar verur

Ef ekki er hægt að stemma stigu við öldrunarbylgjunni á erfðafræðilegu stigi, þá getum við leitað að aðferðum lengra á leiðinni til að trufla öldrunarferlið og lengja heilbrigt líf. Á þessu augnabliki í sögunni eru gervilimir og líffæraígræðslur algengar - stórkostleg verkfræðiafrek þar sem við höfum bætt líffræðileg kerfi okkar og líffæri og stundum alveg skipt út fyrir það til að bjarga mannslífum. Við höldum áfram að ýta á mörk mannlegs viðmóts; tækni, stafrænn veruleiki og aðskotaefni eru meira rótgróin í félagslega og líkamlega líkama okkar en nokkru sinni fyrr. Þegar brúnir lífverunnar verða óskýrar fer ég að velta því fyrir mér, á hvaða tímapunkti getum við ekki lengur litið á okkur sem „mannleg“?

Ung stúlka, Hannah Warren, fæddist árið 2011 án loftpúða. Hún gat ekki talað, borðað eða kyngt sjálf og horfur hennar litu ekki vel út. Árið 2013 fór hún hins vegar í a tímamótaferli sem ígræddi barka vaxinn úr hennar eigin stofnfrumum. Hannah vaknaði við aðgerðina og gat andað, án véla, í fyrsta skipti á ævinni. Þetta verklag vakti mikla athygli fjölmiðla; hún var ung, ljúf stúlka og það var í fyrsta skipti sem aðgerðin var gerð í Bandaríkjunum.

Hins vegar var skurðlæknir að nafni Paolo Macchiarini þegar búinn að framkvæma þessa meðferð fimm árum áður á Spáni. Tæknin krefst þess að byggja vinnupalla sem líkir eftir barka úr gervi nanófrefjum. Vinnupallarnir eru síðan „sáðar“ með eigin stofnfrumum sjúklingsins sem safnað er úr beinmerg þeirra. Stofnfrumurnar eru vandlega ræktaðar og látnar vaxa í kringum vinnupallana og mynda fullkomlega starfhæfan líkamshluta. Aðdráttarafl slíkrar aðferðar er að hún dregur verulega úr möguleikum á að líkaminn hafni ígrædda líffærinu. Eftir allt saman, það er byggt úr eigin frumum þeirra!

Að auki léttir það á þrýstingi frá líffæragjafakerfinu sem sjaldan hefur nóg framboð af líffærum sem sárlega þarfnast. Hannah Warren lést seinna, því miður sama ár, en arfleifð þeirrar aðferðar lifir þar sem vísindamenn berjast um möguleika og takmarkanir slíkrar endurnýjunarlyfja – að byggja líffæri úr stofnfrumum.

Samkvæmt Macchiarini í Lancetárið 2012, „Endanlegur möguleiki þessarar stofnfrumumeðferðar er að forðast gjöf frá mönnum og ævilanga ónæmisbælingu og að geta komið í stað flókinna vefja og, fyrr eða síðar, heil líffæri.

Deilur fylgdu fljótlega á þessu fagnaðartímabili. Gagnrýnendur létu skoðanir sínar í ljós snemma árs 2014 í an ritstjórn í Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, efast um trúverðugleika aðferða Macchiarini og sýna fram á áhyggjur af háum dánartíðni sambærilegra aðgerða. Síðar sama ár, Karolinska Institute í Stokkhólmi, virtur læknaháskóli þar sem Macchiarini er gestaprófessor, hafið rannsóknir inn í verk hans. Á meðan Macchiarini var hreinsaður af misferli fyrr á þessu ári sýnir hún hik í vísindasamfélaginu vegna rangra skrefa í svo gagnrýnum og nýjum verkum. Engu að síður er a klínísk rannsókn Nú er verið að prófa öryggi og virkni barkaígræðslu stofnfrumugerðar í Bandaríkjunum og er áætlað að rannsókninni ljúki í lok þessa árs.

Ný aðferð Macchiarini er ekki eina skrefið fram á við í að búa til sérsniðin líffæri - tilkoma þrívíddarprentarans hefur samfélagið tilbúið til að prenta allt frá blýöntum til beina. Einn hópur vísindamanna frá Princeton tókst að prenta frumgerð af hagnýtu lífrænu eyra árið 3, sem virðist vera mörgum árum síðan miðað við hversu hratt tæknin hefur verið að þróast (sjá grein þeirra í Nanóstafir). Þrívíddarprentun er nú orðin auglýsing og það gæti vel verið kapphlaup hjá líftæknifyrirtækjum að sjá hver getur markaðssett fyrsta þrívíddarprentaða líffærið.

Fyrirtæki með aðsetur í San Diego Organovo kom á markað árið 2012 og hefur notað þrívíddarprentunartækni til að efla líflæknisfræðilegar rannsóknir, til dæmis með því að fjöldaframleiða litlar lifur til að nota í lyfjapróf. Kostir þrívíddarprentunar eru þeir að það krefst ekki fyrstu vinnupalla og það veitir miklu meiri sveigjanleika - það gæti hugsanlega fléttað saman rafræna innviði við líffræðilega vefinn og sett nýja virkni inn í líffæri. Engin merki eru enn um að fullgild líffæri séu prentuð til ígræðslu manna, en aksturinn er til staðar eins og gefur til kynna í samstarfi Organovo við Metúsalem stofnunin – enn eitt hugarfóstur hins alræmda Aubrey de Grey.

Methuselah Foundation er sjálfseignarstofnun sem fjármagnar rannsóknir og þróun á endurnýjunarlækningum, að sögn gefa yfir 4 milljónir dollara til ýmissa samstarfsaðila. Þó að þetta sé ekki mikið hvað varðar vísindalega R&D - skv Forbes, stór lyfjafyrirtæki geta eytt allt frá 15 milljónum til 13 milljörðum dollara fyrir hvert lyf og líftæknirannsóknir og þróun eru sambærilegar - það er samt mikið fé.

Lifið lengur og harmleikur Títónosar

Í grískri goðafræði er Tithonus elskhugi Eos, Títan dögunarinnar. Títhonus er konungssonur og vatnsnymfa, en hann er dauðlegur. Eos, sem er í örvæntingu við að bjarga elskhuga sínum frá dauða, biður guðinn Seif að gefa Títhonusi ódauðleika. Seifur veitir svo sannarlega Títhonusi ódauðleika, en í grimmilegum snúningi áttar Eos sig á því að hún gleymdi að biðja um eilífa æsku líka. Tithonus lifir að eilífu, en hann heldur áfram að eldast og missir hæfileika sína.

„Ódauðlegur aldur við hlið ódauðlegrar æsku / Og allt sem ég var, í ösku“ segir Alfreð Tennyson í ljóði ort frá sjónarhóli hins eilíflega fordæmda manns. Ef okkur tekst að sannfæra líkama okkar um að endast tvöfalt lengur er engin trygging fyrir því að hugur okkar fylgi í kjölfarið. Margir verða Alzheimers eða öðrum tegundum heilabilunar að bráð áður en líkamleg heilsa þeirra fer að bila. Áður var því haldið fram að ekki væri hægt að endurnýja taugafrumur, þannig að vitsmunaleg virkni myndi minnka óafturkræft með tímanum.

Hins vegar hafa rannsóknir nú staðfest að taugafrumum er í raun hægt að endurnýjast og sýna fram á „mýkingu“, sem er hæfileikinn til að mynda nýjar leiðir og skapa nýjar tengingar í heilanum. Í grundvallaratriðum geturðu kennt gömlum hundi ný brellur. En þetta er varla nóg til að koma í veg fyrir minnisleysi á 160 ára ævi (líftími minn í framtíðinni væri hlægilegur fyrir de Grey, sem heldur því fram að menn geti orðið allt að 600 ára). Það er varla æskilegt að lifa langa ævi án þess að hafa hugarfar til að njóta þess, en undarleg ný þróun bendir til þess að enn gæti verið von til að bjarga huga okkar og anda frá að visna.

Í október 2014 hóf hópur vísindamanna við Stanford háskólann mjög auglýsta klínísk rannsókn sem lagði til að blóð frá ungum gjöfum yrði gefið Alzheimerssjúklingum. Forsendur rannsóknarinnar hafa ákveðna andskotans eiginleika, sem mörg okkar myndu efast um, en hún er byggð á efnilegum rannsóknum sem þegar hafa verið gerðar á músum.

Í júní 2014 birtist grein í Nature tímarit eftir hóp vísindamanna frá Stanford þar sem greint er frá því hvernig gjöf ungs blóðs í eldri mýs sneri í raun við áhrifum öldrunar í heilanum frá sameindastigi til vitrænnar stigs. Rannsóknirnar sýndu að eldri mýsnar myndu, þegar þær fengu ungt blóð, vaxa aftur taugafrumur, sýna meiri tengsl í heilanum og hafa betra minni og vitræna virkni. Í viðtali við Guardian, Tony Wyss-Coray – einn af helstu vísindamönnum sem vinna að þessari rannsókn og prófessor í taugafræði við Stanford – sagði: „Þetta opnar alveg nýtt svið. Það segir okkur að aldur lífveru, eða líffæris eins og heilans, er ekki skrifaður í stein. Það er sveigjanlegt. Þú getur fært það í eina átt eða hina.“

Ekki er vitað nákvæmlega hvaða þættir í blóðinu valda slíkum stórkostlegum áhrifum, en niðurstöður í músum voru nógu lofandi til að hægt væri að samþykkja klíníska rannsókn á mönnum. Ef rannsóknin gengur vel, þá gætum við hugsanlega greint einstaka þætti sem yngja upp heilavef manna og búa til lyf sem gæti vel snúið við Alzheimer og haldið okkur við að leysa krossgátur til loka tímans.