Nauka o starzeniu się: czy możemy żyć wiecznie i czy powinniśmy?

Starzenie się dla zwykłego człowieka jest po prostu skutkiem upływu czasu. Starzenie się odbija się fizycznie, objawiając się siwymi włosami, zmarszczkami i czkawką pamięci. Ostatecznie nagromadzenie typowego zużycia ustępuje miejsca poważniejszym chorobom i patologiom, takim jak rak, choroba Alzheimera lub choroby serca. Pewnego dnia wszyscy bierzemy ostatni oddech i zanurzamy się w ostateczną niewiadomą: śmierć. Ten opis starzenia się, jakkolwiek niejasny i nieokreślony, jest czymś tak fundamentalnie znanym każdemu z nas.

Następuje jednak zmiana ideologiczna, która może zrewolucjonizować sposób, w jaki rozumiemy i doświadczamy starzenia się. Pojawiające się badania nad biologicznymi procesami starzenia oraz rozwój technologii biomedycznych ukierunkowanych na choroby związane z wiekiem wskazują na odmienne podejście do starzenia się. W rzeczywistości starzenie się nie jest już uważane za proces zależny od czasu, ale raczej za nagromadzenie odrębnych mechanizmów. Zamiast tego starzenie się można lepiej określić jako chorobę samą w sobie.

Oto Aubrey de Grey, doktor Cambridge z wykształceniem informatycznym i gerontolog biomedyczny-samouk. Ma długą brodę, która opada na jego trzcinową klatkę piersiową i tułów. Mówi szybko, a słowa wychodzą mu z ust z uroczym brytyjskim akcentem. Ta błyskawiczna mowa mogła być po prostu dziwactwem charakteru lub mogła wyewoluować z poczucia pilności, jakie odczuwa w związku z wojną, którą toczy przeciwko starzeniu się. De Gray jest współzałożycielem i dyrektorem ds. nauki firmy Fundacja Badawcza SENS, organizacji charytatywnej zajmującej się postępem w badaniach i leczeniu chorób związanych z wiekiem.

De Gray to niezapomniana postać, dlatego spędza dużo czasu na wygłaszaniu przemówień i organizowaniu ludzi na rzecz ruchu przeciwstarzeniowego. Na jednym z odcinków Godzina radiowa TED przez NPR, przewiduje, że „Zasadniczo rodzaje rzeczy, na które możesz umrzeć w wieku 100 lub 200 lat, byłyby dokładnie takie same, jak rodzaje rzeczy, na które możesz umrzeć w wieku 20 lub 30 lat”.

Zastrzeżenie: wielu naukowców szybko zwróciłoby uwagę, że takie przewidywania mają charakter spekulacyjny i przed sformułowaniem tak wielkich twierdzeń potrzebne są ostateczne dowody. W rzeczywistości w 2005 roku MIT Technology Review ogłosił Wyzwanie SENS, oferując 20,000 10,000 $ każdemu biologowi molekularnemu, który mógłby wystarczająco wykazać, że twierdzenia SENS dotyczące odwrócenia starzenia były „niegodne uczonej debaty”. Do tej pory nikt nie odebrał pełnej nagrody, z wyjątkiem jednego godnego uwagi zgłoszenia, które zdaniem sędziów było wystarczająco elokwentne, by zarobić XNUMX XNUMX $. Pozostałym śmiertelnikom pozostawia to jednak do zmagania się z dowodami, które w najlepszym razie są niejednoznaczne, ale wystarczająco obiecujące, by zasługiwać rozważenie jego implikacji.

Po przejrzeniu stosów badań i nadmiernie optymistycznych nagłówków zdecydowałem się skupić tylko na kilku kluczowych obszarach badań, w których dostępne są namacalne technologie i terapie związane ze starzeniem się i chorobami związanymi z wiekiem.

Czy geny trzymają klucz?

Schemat życia można znaleźć w naszym DNA. Nasze DNA jest pełne kodów, które nazywamy „genami”; geny decydują o tym, jakiego koloru będą twoje oczy, jak szybki jest twój metabolizm i czy rozwinie się u ciebie określona choroba. W latach 1990. Cynthia Kenyon, badaczka biochemii na Uniwersytecie w San Francisco, która niedawno została uznana za jedną z 15 najlepszych kobiet w nauce w 2015 r. Insider Biznes, wprowadził pomysł zmieniający paradygmat - że geny mogą również kodować długość naszego życia, a włączanie lub wyłączanie niektórych genów może przedłużyć zdrowe życie. Jej początkowe badania koncentrowały się na C. Elegans, maleńkie robaki, które są używane jako organizmy modelowe do badań, ponieważ mają bardzo podobne cykle rozwoju genomu do ludzi. Kenyon odkryła, że ​​wyłączenie określonego genu – Daf2 – spowodowało, że jej robaki żyły dwa razy dłużej niż zwykłe robaki.

Co jeszcze bardziej ekscytujące, robaki nie tylko żyły dłużej, ale też były zdrowsze. Wyobraź sobie, że dożywasz 80 lat, a 10 lat z tego życia to zmaganie się ze słabością i chorobami. Można się wahać, czy dożyć 90 lat, jeśli oznacza to spędzenie 20 lat życia nękanych chorobami związanymi z wiekiem i niższą jakością życia. Ale robaki Kenyona dożyły ludzkiego odpowiednika 160 lat, a tylko 5 lat z tego życia spędził na „starości”. W artykule w The Guardian, Kenyon obnażył to, na co niektórzy z nas mieli tylko po cichu nadzieję; „Po prostu myślisz:„ Wow. Może mógłbym być tym długowiecznym robakiem”. Od tego czasu Kenyon jest pionierem w badaniach nad identyfikacją genów kontrolujących proces starzenia.

Chodzi o to, że jeśli uda nam się znaleźć gen nadrzędny, który kontroluje proces starzenia, możemy opracować leki, które przerywają szlak tego genu lub użyć technik inżynierii genetycznej, aby całkowicie go zmienić. W 2012 roku artykuł w nauka opublikowano o nowej technice inżynierii genetycznej o nazwie CRISPR-Cas9 (łatwiej określanej jako CRISPR). CRISPR przetoczył się przez laboratoria badawcze na całym świecie w następnych latach i został zapowiedziany Natura jako największy postęp technologiczny w badaniach biomedycznych od ponad dekady.

CRISPR to prosta, tania i skuteczna metoda edycji DNA, która wykorzystuje segment RNA – biochemiczny odpowiednik gołębia pocztowego – który kieruje enzymy edycyjne do docelowego paska DNA. Tam enzym może szybko wycinać geny i wstawiać nowe. Wydaje się fantastyczne, móc „edytować” ludzkie sekwencje genetyczne. Wyobrażam sobie naukowców tworzących kolaże DNA w laboratorium, wycinających i wklejających geny jak dzieci przy stole rzemieślniczym, całkowicie odrzucając niechciane geny. Koszmarem bioetyka byłoby stworzenie protokołów regulujących, w jaki sposób taka technologia jest używana i na kim.

Na przykład na początku tego roku wybuchła wrzawa, kiedy chińskie laboratorium badawcze opublikowało, że próbowało zmodyfikować genetycznie ludzkie embriony (zobacz oryginalny artykuł na Białko i komórki, a późniejsza bójka o godz Natura). Naukowcy badali potencjał CRISPR do ukierunkowania na gen odpowiedzialny za β-talasemię, dziedziczne zaburzenie krwi. Ich wyniki pokazały, że CRISPR zdołał wyciąć gen β-talasemii, ale wpłynął także na inne części sekwencji DNA, powodując niezamierzone mutacje. Zarodki nie przeżyły, co tym bardziej podkreśla potrzebę bardziej niezawodnej technologii.

Jeśli chodzi o starzenie się, wyobraża się, że CRISPR można wykorzystać do celowania w geny związane z wiekiem i włączania lub wyłączania szlaków, które pomogłyby spowolnić proces starzenia. Idealnie byłoby, gdyby ta metoda została dostarczona poprzez szczepienie, ale technologia nie jest nawet bliska osiągnięcia tego celu i nikt nie jest w stanie jednoznacznie powiedzieć, czy kiedykolwiek to nastąpi. Wydaje się, że gruntowna przebudowa ludzkiego genomu i zmiana sposobu, w jaki żyjemy i (potencjalnie) umieramy, pozostaje na razie częścią science fiction.

Istoty bioniczne

Jeśli fala starzenia się nie może zostać powstrzymana na poziomie genetycznym, możemy szukać mechanizmów na dalszych etapach ścieżki, aby przerwać proces starzenia i przedłużyć zdrowe życie. W tym momencie historii protezy kończyn i przeszczepy narządów są na porządku dziennym – spektakularne osiągnięcia inżynierii, w ramach których udoskonaliliśmy, a czasami całkowicie zastąpiliśmy nasze systemy biologiczne i narządy w celu ratowania życia. Nieustannie przesuwamy granice ludzkiego interfejsu; technologia, rzeczywistość cyfrowa i ciała obce są bardziej niż kiedykolwiek zakorzenione w naszych ciałach społecznych i fizycznych. Kiedy granice ludzkiego organizmu zacierają się, zaczynam się zastanawiać, w którym momencie nie możemy już uważać się za ściśle „ludzkich”?

Młoda dziewczyna, Hannah Warren, urodziła się w 2011 roku bez tchawicy. Nie mogła samodzielnie mówić, jeść ani połykać, a jej perspektywy nie wyglądały dobrze. Jednak w 2013 roku przeszła m.in przełomowa procedura która wszczepiła tchawicę wyhodowaną z jej własnych komórek macierzystych. Hannah obudziła się po zabiegu i po raz pierwszy w życiu mogła oddychać bez użycia maszyn. Ta procedura wzbudziła duże zainteresowanie mediów; była młodą, słodką dziewczyną i był to pierwszy raz, kiedy w USA przeprowadzono zabieg

Jednak chirurg Paolo Macchiarini był pionierem tego leczenia już pięć lat wcześniej w Hiszpanii. Technika ta wymaga zbudowania rusztowania imitującego tchawicę ze sztucznych nanowłókien. Następnie rusztowanie zostaje „zasiane” własnymi komórkami macierzystymi pacjenta pobranymi ze szpiku kostnego. Komórki macierzyste są starannie hodowane i pozostawiane do wzrostu wokół rusztowania, tworząc w pełni funkcjonalną część ciała. Atrakcyjność takiego podejścia polega na tym, że drastycznie zmniejsza to ryzyko odrzucenia przeszczepionego narządu przez organizm. W końcu jest zbudowany z własnych komórek!

Dodatkowo odciąża system dawstwa narządów, który rzadko dysponuje wystarczającą ilością pilnie potrzebnych narządów. Hannah Warren niestety zmarła później ten sam rok, ale dziedzictwo tej procedury żyje nadal, gdy naukowcy walczą o możliwości i ograniczenia takiej medycyny regeneracyjnej – budowania narządów z komórek macierzystych.

Według Macchiariniego w Lancetw 2012 r.: „Ostatecznym potencjałem tej terapii opartej na komórkach macierzystych jest uniknięcie dawstwa od ludzi i trwającej całe życie immunosupresji oraz możliwość zastąpienia złożonych tkanek i, prędzej czy później, całych narządów”.

Kontrowersje wkrótce nastąpiły po tym pozornie radosnym okresie. Krytycy wyrazili swoje opinie na początku 2014 roku w an redakcyjny Dziennik chirurgii klatki piersiowej i układu sercowo-naczyniowego, kwestionując wiarygodność metod Macchiariniego i wykazując zaniepokojenie wysokimi wskaźnikami śmiertelności podobnych procedur. W tym samym roku Instytut Karolinska w Sztokholmie, prestiżowa uczelnia medyczna, w której Macchiarini jest profesorem wizytującym, wszczęte dochodzenia w jego pracę. Podczas gdy Macchiarini był oczyszczony z zarzutów na początku tego roku pokazuje wahanie społeczności naukowej w związku z błędami w tak krytycznej i nowej pracy. Niemniej jednak istnieje Badanie kliniczne trwające obecnie w USA testy bezpieczeństwa i skuteczności przeszczepu tchawicy za pomocą inżynierii komórek macierzystych i szacuje się, że badanie zostanie zakończone do końca tego roku.

Nowatorska procedura Macchiariniego nie jest jedynym krokiem naprzód w tworzeniu organów na zamówienie – pojawienie się drukarki 3D sprawiło, że społeczeństwo jest gotowe do drukowania wszystkiego, od ołówków po kości. Jednej grupie naukowców z Princeton udało się wydrukować prototyp funkcjonalnego bionicznego ucha w 2013 roku, co wydaje się eony temu, biorąc pod uwagę szybkość rozwoju technologii (zobacz ich artykuł w nano Letters). Druk 3D stał się teraz komercyjny, a firmy biotechnologiczne mogą ścigać się, kto może wprowadzić na rynek pierwszy wydrukowany organ.

Firma z siedzibą w San Diego Organowo weszła na giełdę w 2012 roku i wykorzystuje technologię druku 3D do rozwoju badań biomedycznych, na przykład poprzez masową produkcję maleńkich wątróbek do testowania leków. Zaletą druku 3D jest to, że nie wymaga wstępnego rusztowania i zapewnia znacznie większą elastyczność – potencjalnie można by przeplatać infrastrukturę elektroniczną z tkanką biologiczną i wprowadzać nowe funkcje do organów. Nie ma jeszcze oznak drukowania w pełni rozwiniętych narządów do przeszczepów u ludzi, ale pęd jest, jak wskazuje partnerstwo Organovo z Fundacja Metusela – kolejny pomysł osławionego Aubreya de Greya.

Fundacja Methuselah to organizacja non-profit finansująca badania i rozwój medycyny regeneracyjnej, przekazując podobno ponad 4 miliony dolarów różnym partnerom. Choć to niewiele, jeśli chodzi o badania naukowe i rozwój – wg Forbes, duże firmy farmaceutyczne mogą wydać na lek od 15 do 13 miliardów dolarów, a badania i rozwój biotechnologii są porównywalne – to wciąż dużo pieniędzy.

Dłuższe życie i tragedia Tithonus

W mitologii greckiej Tithonus jest kochankiem Eosa, Tytana świtu. Tithonus jest synem króla i nimfy wodnej, ale jest śmiertelny. Eos, zdesperowana, by ocalić swojego kochanka przed ostateczną śmiercią, błaga boga Zeusa, by podarował Titonusowi nieśmiertelność. Zeus rzeczywiście obdarza nieśmiertelnością Tithonus, ale w okrutnym zwrocie uwagi Eos zdaje sobie sprawę, że zapomniała również poprosić o wieczną młodość. Tithonus żyje wiecznie, ale nadal się starzeje i traci zdolności.

„Nieśmiertelny wiek obok nieśmiertelnej młodości / I wszystko, czym byłem, w popiołach” mówi Alfred Tennyson w wierszu pisanym z perspektywy wiecznie potępionego człowieka. Jeśli jesteśmy w stanie przekonać nasze ciała, aby przetrwały dwa razy dłużej, nie ma gwarancji, że nasze umysły pójdą w ich ślady. Wiele osób pada ofiarą choroby Alzheimera lub innych rodzajów demencji, zanim ich zdrowie fizyczne zacznie zawodzić. Kiedyś powszechnie twierdzono, że neuronów nie da się zregenerować, więc funkcje poznawcze nieodwracalnie pogorszą się z czasem.

Jednak obecnie badania zdecydowanie potwierdziły, że neurony faktycznie mogą się regenerować i wykazywać „plastyczność”, czyli zdolność do tworzenia nowych ścieżek i tworzenia nowych połączeń w mózgu. Zasadniczo możesz nauczyć starego psa nowych sztuczek. Ale to nie wystarczy, aby zapobiec utracie pamięci w ciągu 160 lat życia (moja przewidywana długość życia w przyszłości byłaby śmieszna dla de Greya, który twierdzi, że ludzie mogą mieć nawet 600 lat). Nie jest rzeczą pożądaną długie życie bez jakichkolwiek zdolności umysłowych, by się nim cieszyć, ale dziwne nowe wydarzenia wskazują, że może jeszcze istnieć nadzieja na uratowanie naszych umysłów i ducha przed obumarciem.

W październiku 2014 roku zespół naukowców z Uniwersytetu Stanforda rozpoczął szeroko nagłośnione badanie Badanie kliniczne który proponował podawać pacjentom z chorobą Alzheimera krew od młodych dawców. Założenie badania ma pewną makabryczną jakość, co do której wielu z nas byłoby sceptycznie nastawionych, ale opiera się ono na obiecujących badaniach przeprowadzonych już na myszach.

W czerwcu 2014 ukazał się artykuł pt Natura czasopismo grupy naukowców ze Stanford opisujące szczegółowo, jak przetaczanie młodej krwi starszym myszom faktycznie odwracało skutki starzenia się mózgu od poziomu molekularnego po poznawczy. Badania wykazały, że starsze myszy po otrzymaniu młodej krwi odrosły neurony, wykazywały większą łączność w mózgu oraz miały lepszą pamięć i funkcje poznawcze. W wywiadzie dla OpiekunTony Wyss-Coray – jeden z głównych naukowców pracujących nad tymi badaniami i profesor neurologii na Uniwersytecie Stanforda – powiedział: „To otwiera zupełnie nowe pole. Mówi nam, że wiek organizmu lub organu takiego jak mózg nie jest wyryty w kamieniu. Jest plastyczny. Można go przesuwać w jedną lub drugą stronę.”

Nie wiadomo dokładnie, jakie czynniki we krwi powodują tak dramatyczne skutki, ale wyniki na myszach były na tyle obiecujące, że umożliwiły zatwierdzenie badania klinicznego na ludziach. Jeśli badania przebiegną pomyślnie, moglibyśmy potencjalnie zidentyfikować pojedyncze czynniki odmładzające tkankę mózgową człowieka i stworzyć lek, który może odwrócić chorobę Alzheimera i pozwolić nam rozwiązywać krzyżówki do końca czasów.