Quantumrun

BILDEKREDITT: Quantumrun

Slutt på varige fysiske skader og funksjonshemninger: Future of Health P4

David Tal, utgiver, fremtidsforsker
@DavidTalWrites
Linkedin

tirsdag 09 - 15:2020

For å få slutt på permanente, fysiske skader, må samfunnet vårt ta et valg: Leker vi Gud med vår menneskelige biologi eller blir vi en del av maskinen?

Så langt i vår Future of Health-serie har vi fokusert på fremtiden for legemidler og behandling av sykdommer. Og selv om sykdom er den vanligste årsaken til at vi bruker helsevesenet vårt, kan de mindre vanlige årsakene ofte være de mest alvorlige.

Enten du er født med en fysisk funksjonshemming eller lider av en skade som midlertidig eller permanent begrenser mobiliteten din, er helsetilbudene som er tilgjengelige for å behandle deg ofte begrenset. Vi har bare ikke hatt verktøyene til å reparere skaden som er forårsaket av feil genetikk eller alvorlige skader.

Men på midten av 2020-tallet vil denne status quo bli snudd på hodet. Takket være fremskritt innen genomredigering beskrevet i forrige kapittel, så vel som fremskritt innen miniatyriserte datamaskiner og robotikk, vil æraens permanente fysiske sykdommer komme til en slutt.

Mennesket som maskin

Når det gjelder fysiske skader som involverer tap av et lem, har mennesker en overraskende komfort med å bruke maskiner og verktøy for å gjenvinne bevegeligheten. Det mest åpenbare eksemplet, proteser, har vært i bruk i årtusener, ofte referert til i gammel gresk og romersk litteratur. I 2000 oppdaget arkeologer den 3,000 år gamle, mumifiserte rester av en egyptisk adelskvinne som hadde på seg en tåprotese laget av tre og lær.

Gitt denne lange historien med å bruke vår oppfinnsomhet for å gjenopprette et visst nivå av fysisk mobilitet og helse, bør det ikke komme som en overraskelse at bruk av moderne teknologi for å gjenopprette full mobilitet blir ønsket velkommen uten den minste protest.

Smarte proteser

Som nevnt ovenfor, mens feltet for proteser er eldgammelt, har det også gått sakte med å utvikle seg. De siste tiårene har sett forbedringer i komforten og det naturtro utseendet deres, men det er først i løpet av det siste og et halvt tiåret at det har blitt gjort virkelige fremskritt på feltet når det gjelder kostnader, funksjonalitet og brukervennlighet.

For eksempel, der det en gang ville koste opptil $100,000 XNUMX for en tilpasset protese, kan folk nå bruke 3D-skrivere til å bygge tilpassede proteser (i noen tilfeller) for mindre enn $1,000.

I mellomtiden, for brukere av benproteser som synes det er vanskelig å gå eller gå i trapper naturlig, nye selskaper bruker feltet biomimicry for å bygge proteser som gir både en mer naturlig gå- og løpeopplevelse, samtidig som den reduserer læringskurven som trengs for å bruke disse protesene.

Et annet problem med benproteser er at brukere ofte synes det er smertefullt å ha på seg i lengre perioder, selv om de er spesialbygde. Det er fordi vektbærende proteser tvinger den amputertes hud og kjøtt rundt stubben til å bli knust mellom beinet og protesen. Et alternativ for å omgå dette problemet er å installere en slags universalkobling direkte inn i den amputertes bein (ligner på okulære og tannimplantater). På den måten kan benproteser "skrues direkte inn i beinet". Dette fjerner huden på kjøttsmerter og lar også den amputerte kjøpe en rekke masseproduserte proteser som ikke lenger trenger å masseproduseres.

Men en av de mest spennende endringene, spesielt for amputerte med protese av armer eller hender, er bruken av en raskt utviklende teknologi kalt Brain-Computer Interface (BCI).

Hjernedrevet bionisk bevegelse

Først diskutert i vår Fremtiden for datamaskiner serien, innebærer BCI å bruke et implantat eller en hjerneskanningsenhet for å overvåke hjernebølgene dine og assosiere dem med kommandoer for å kontrollere alt som drives av en datamaskin.

Faktisk har du kanskje ikke skjønt det, men begynnelsen av BCI har allerede begynt. Amputerte er nå testing av robotlemmer kontrollert direkte av sinnet, i stedet for gjennom sensorer festet til brukerens stump. På samme måte er personer med alvorlige funksjonshemninger (som quadriplegics) nå bruker BCI til å styre sine motoriserte rullestoler og manipulere robotarmer. Ved midten av 2020-årene vil BCI bli standarden for å hjelpe amputerte og personer med funksjonshemninger til å leve mer selvstendige liv. Og på begynnelsen av 2030-tallet vil BCI bli avansert nok til å tillate personer med ryggradsskader å gå igjen ved å videresende gående tankekommandoer til underkroppen gjennom en spinal implantat.

Å lage smarte proteser er selvfølgelig ikke alt som fremtidige implantater skal brukes til.

Smarte implantater

Implantater blir nå testet for å erstatte hele organer, med det langsiktige målet om å eliminere ventetidene pasienter møter når de venter på en donortransplantasjon. Blant de mest omtalte organerstatningsenhetene er det bioniske hjertet. Flere design har kommet på markedet, men blant de mest lovende er en enhet som pumper blod rundt i kroppen uten puls … gir en helt ny mening til de vandrende døde.

Det er også en helt ny klasse med implantater designet for å forbedre menneskelig ytelse, i stedet for bare å bringe noen tilbake til en sunn tilstand. Disse typer implantater vil vi dekke i vår Fremtiden for menneskelig evolusjon serien.

Men når det gjelder helse, er den siste implantattypen vi vil nevne her neste generasjons, helseregulerende implantater. Tenk på disse som pacemakere som aktivt overvåker kroppen din, deler biometrien din med en helseapp på telefonen din, og når den registrerer sykdomsutbruddet frigjør medisiner eller elektriske strømmer for å rebalansere kroppen din.

Selv om dette kan høres ut som Sci-Fi, jobber DARPA (det amerikanske militærets avanserte forskningsarm) allerede med et prosjekt kalt ElectRx, forkortelse for Electrical Prescriptions. Basert på den biologiske prosessen kjent som nevromodulering, vil dette lille implantatet overvåke kroppens perifere nervesystem (nervene som forbinder kroppen med hjernen og ryggmargen), og når det oppdager en ubalanse som kan føre til sykdom, vil det frigjøre elektriske impulser som vil rebalansere dette nervesystemet samt stimulere kroppen til å helbrede seg selv.

Nanoteknologi svømmer gjennom blodet ditt

Nanoteknologi er et enormt tema som har anvendelser i en lang rekke felt og bransjer. I kjernen er det et bredt begrep for enhver form for vitenskap, ingeniørvitenskap og teknologi som måler, manipulerer eller inkorporerer materialer i en skala på 1 og 100 nanometer. Bildet nedenfor vil gi deg en følelse av skalaen nanoteknologi fungerer innenfor.

I helsesammenheng blir nanoteknologi undersøkt som et verktøy som kan revolusjonere helsevesenet ved å erstatte legemidler og de fleste operasjoner helt på slutten av 2030-tallet.

Sagt på en annen måte, forestill deg at du kan ta det beste medisinske utstyret og kunnskapen som trengs for å behandle en sykdom eller utføre kirurgi og kode det inn i en dose saltvann – en dose som kan lagres i en sprøyte, sendes hvor som helst og injiseres i alle som trenger det. av medisinsk behandling. Hvis det lykkes, kan det gjøre alt vi diskuterte i de to siste kapitlene i denne serien foreldet.

Ido Bachelet, en ledende forsker innen kirurgisk nanorobotikk, ser for seg en dag da en mindre operasjon ganske enkelt involverer en lege som injiserer en sprøyte fylt med milliarder av forhåndsprogrammerte nanoboter i et målrettet område av kroppen din.

Disse nanobotene ville deretter spre seg ut gjennom kroppen din og søke etter skadet vev. Når de ble funnet, ville de deretter bruke enzymer for å kutte de skadede vevscellene bort fra det friske vevet. Kroppens friske celler vil da bli stimulert til både å kvitte seg med de skadede cellene og regenerere vevet rundt hulrommet skapt fra fjerning av det skadede vevet. Nanobotene kunne til og med målrette og undertrykke omkringliggende nerveceller for å sløve smertesignaler og redusere betennelse.

Ved å bruke denne prosessen kan disse nanobotene også brukes til å angripe ulike former for kreft, samt ulike virus og fremmede bakterier som kan infisere kroppen din. Og selv om disse nanobotene fortsatt er minst 15 år unna utbredt medisinsk adopsjon, er arbeidet med denne teknologien allerede veldig i gang. Infografikken nedenfor skisserer hvordan nanoteknologi en dag kunne rekonstruere kroppene våre (via ActivistPost.com):

Regenerativ medisin

Ved å bruke paraplybegrepet, regenerativ medisin, denne forskningsgrenen bruker teknikker innen vevsteknikk og molekylærbiologi for å gjenopprette funksjonen til syke eller skadede vev og organer. I utgangspunktet ønsker regenerativ medisin å bruke kroppens celler til å reparere seg selv, i stedet for å erstatte eller forsterke kroppens celler med proteser og maskiner.

På en måte er denne tilnærmingen til healing langt mer naturlig enn Robocop-alternativene beskrevet ovenfor. Men gitt alle protestene og etiske bekymringene vi har sett reist de siste to tiårene over GMO-mat, stamcelleforskning og sist menneskelig kloning og genomredigering, er det rimelig å si at regenerativ medisin kommer til å møte kraftig motstand.

Selv om det er lett å avvise disse bekymringene direkte, er realiteten at publikum har en langt mer intim og intuitiv forståelse av teknologi enn det har biologi. Husk at proteser har eksistert i årtusener; Det å kunne lese og redigere genomet har bare vært mulig siden 2001. Derfor vil mange heller bli cyborger enn å få tullet med sin "gudgitte" genetikk.

Derfor håper vi, som en offentlig tjeneste, den korte oversikten over teknikker for regenerativ medisin nedenfor vil bidra til å fjerne stigmaet rundt å spille Gud. I rekkefølge minst kontroversielt for de fleste:

Formskiftende stamceller

Du har sikkert hørt mye om stamceller de siste årene, ofte ikke i det beste lyset. Men innen 2025 vil stamceller bli brukt til å helbrede en rekke fysiske tilstander og skader.

Før vi forklarer hvordan de skal brukes, er det viktig å huske at stamceller befinner seg i alle deler av kroppen vår, og venter på å bli kalt til handling for å reparere skadet vev. Faktisk stammer alle de 10 billionene cellene som utgjør kroppen vår fra de første stamcellene fra innsiden av mors liv. Etter hvert som kroppen din ble dannet, spesialiserte disse stamcellene seg til hjerneceller, hjerteceller, hudceller, etc.

I disse dager er forskere nå i stand til å snu nesten alle grupper av celler i kroppen din tilbake til de opprinnelige stamcellene. Og det er en stor sak. Siden stamceller er i stand til å forvandle seg til hvilken som helst celle i kroppen din, kan de brukes til å lege nesten alle sår.

En forenklet eksempel av stamceller på jobben innebærer at leger tar hudprøver av brannskadde, gjør dem om til stamceller, dyrker et nytt lag med hud i en petriskål, og deretter bruker den nyvoksne huden til å transplantere/erstatte den brente huden til pasienten. På et mer avansert nivå testes for tiden stamceller som behandling for kurere hjertesykdom Til og med helbrede ryggmargen til paraplegikere, slik at de kan gå igjen.

Men en av de mer ambisiøse bruken av disse stamcellene bruker nylig popularisert 3D-utskriftsteknologi.

3D bioprinting

3D-bioprinting er den medisinske anvendelsen av 3D-printing der levende vev skrives ut lag for lag. Og i stedet for å bruke plast og metaller som vanlige 3D-skrivere, bruker 3D-bioprintere (du gjettet det) stamceller som byggemateriale.

Den overordnede prosessen med å samle og dyrke stamcellene er den samme som prosessen som er skissert for eksempelet med brannskade. Men når nok stamceller er dyrket, kan de deretter mates inn i 3D-skriveren for å danne nesten hvilken som helst 3D organisk form, som erstatningshud, ører, bein, og spesielt kan de også print organer.

Disse 3D-printede organene er en avansert form for vevsteknikk som representerer det organiske alternativet til de kunstige organimplantatene nevnt tidligere. Og som de kunstige organene, vil disse trykte organene en dag redusere mangelen på organdonasjoner.

Når det er sagt, gir disse trykte organene også en ekstra fordel for den farmasøytiske industrien, siden disse trykte organene kan brukes til mer nøyaktige og billigere legemiddel- og vaksineforsøk. Og siden disse organene er trykt ved hjelp av pasientens egne stamceller, faller risikoen for at pasientens immunsystem avstøter disse organene drastisk sammenlignet med donerte organer fra mennesker, dyr og visse mekaniske implantater.

Lenger inn i fremtiden, på 2040-tallet, vil avanserte 3D-bioprintere skrive ut hele lemmer som kan festes til stumpen til amputerte, og dermed gjøre proteser utdaterte.

Genterapi

Med genterapi begynner vitenskapen å tukle med naturen. Dette er en behandlingsform designet for å korrigere genetiske lidelser.

Enkelt forklart innebærer genterapi å få genomet ditt (DNA) sekvensert; deretter analysert for å finne defekte gener som forårsaker en sykdom; deretter endret/redigert for å erstatte disse defektene med friske gener (nå for tiden ved å bruke CRISPR-verktøyet forklart i forrige kapittel); og så til slutt gjeninnføre de nå sunne genene tilbake i kroppen din for å kurere nevnte sykdom.

Når den er perfeksjonert, kan genterapi brukes til å kurere en rekke sykdommer, som kreft, AIDS, cystisk fibrose, hemofili, diabetes, hjertesykdom, til og med utvalgte fysiske funksjonshemninger som døvhet.

Genteknologi

Helseapplikasjonene til genteknologi går inn i en ekte gråsone. Teknisk sett er stamcelleutvikling og genterapi i seg selv former for genteknologi, om enn milde. Imidlertid involverer anvendelsene av genteknologi som angår de fleste mennesker kloning av mennesker og utvikling av designerbabyer og supermennesker.

Disse emnene vil vi overlate til vår Future of Human Evolution-serie. Men for formålet med dette kapittelet er det en genteknologiapplikasjon som ikke er like kontroversiell … vel, med mindre du er veganer.

For tiden jobber selskaper som United Therapeutics for å genteknologiske griser med organer som inneholder menneskelige gener. Grunnen til å legge til disse menneskelige genene er å unngå at disse griseorganene blir avvist av immunsystemet til mennesket de er implantert i.

Når det er vellykket, kan husdyr dyrkes i skala for å levere en nesten ubegrenset mengde erstatningsorganer for "xeno-transplantasjon" fra dyr til menneske. Dette representerer et alternativ til de kunstige og 3D-printede organene ovenfor, med fordelen av å være billigere enn kunstige organer og lenger teknisk enn 3D-printede organer. Når det er sagt, vil antallet mennesker med etiske og religiøse grunner til å motsette seg denne formen for organproduksjon sannsynligvis sikre at denne teknologien aldri blir virkelig mainstream.

Ikke flere fysiske skader og funksjonshemminger

Gitt vaskelisten over teknologiske kontra biologiske behandlingsmetoder vi nettopp har diskutert, er det sannsynlig at epoken med permanent fysiske skader og funksjonshemminger vil opphøre senest på midten av 2040-tallet.

Og selv om konkurransen mellom disse diametriske behandlingsmetodene aldri virkelig vil forsvinne, i det store og hele, vil deres kollektive innvirkning representere en sann prestasjon i helsevesenet for mennesker.

Selvfølgelig er ikke dette hele historien. På dette tidspunktet har Future of Health-serien vår utforsket de anslåtte planene for å eliminere sykdom og fysisk skade, men hva med vår mentale helse? I neste kapittel skal vi diskutere om vi kan kurere sinnet vårt like enkelt som kroppen vår.