Космос для не космонавтов

Начнём, пожалуй, именно с неё. Не думаю, что есть смысл рассказывать о предубеждениях и мифах, связанных с ней. Для этого есть работы специалистов по данной теме. Я же расскажу о уже свершившихся достижениях, которые точно помогут в колонизации космоса, и о том, что нас может ждать в не самом далёком будущем. Начнём с того, что проще.

Человек искусственный: начало

Кожа, выращенная из стволовых клеток, способна отращивать волоски после пересадки

Вообще, кожу довольно давно научились выращивать. Но до недавнего времени (Jiyoon Lee, 2020) речь шла исключительно об эпидермисе – верхнем её слое. Правда, и здесь буквально несколько лет назад был совершён настоящий прорыв (Tobias Hirsch, 2017): ребёнка с помощью пересадки искусственно выращенного эпидермиса вылечили от буллёзного эпидермолиза – заболевания, получившего народное наименование «растворяющаяся кожа», когда эпидермис буквально распадается.

Учёные продолжали работать над тем, чтобы вырастить не поверхностный слой кожи, а всю её – с потовыми железами, волосяными сумками, жировыми клетками, нервами и мышечными волокнами. За основу были взяты плюрипотентные стволовые клетки, которые с помощью генного инжиниринга можно преобразовать в практически любые другие типы клеток. С помощью этих клеток специалисты вырастили небольшой кусочек полноценной кожи, в которой через 70 дней появились волосяные фолликулы, а немного позже – волоски. В искусственной коже не хватало только иммунных клеток.

По словам авторов работы, выращенная ими кожа по своим свойствам больше напоминает кожу подбородка, щеки или уха. Сегодня основное применение органоидов (структур, выращенных из стволовых клеток, максимально похожих на реальные органы) заключается в исследованиях различных воздействий на них, а также в исследовании биологических процессов в целом. Но ведь мы понимаем, что всё идёт к возможности выращивания новых органов взамен поражённых различными болезнями. И авторы работы начали исследования в этом направлении.

Учёные рассказали, что примерно у половины мышей, которым пересадили этот кожный органоид, он прижился и продолжил функционировать, отращивая волоски. Это при том, что органоид был получен из стволовых клеток человека. Поэтому потребовалось подавлять иммунитет мышей, чтобы он лучше приживался.

Тем не менее ещё слишком рано говорить о пересадке полноценной кожи, так как впереди у учёных много работы. Но главное, что они работают.

Синтетические эритроциты и нейроны

Это не сюжет фантастического фильма. Человечество уже очень далеко продвинулось в подобных исследованиях, находясь при этом в самом начале пути.

Группа учёных разработала копию эритроцитов, которые оказались эффективнее наших собственных красных кровеносных телец (Jimin Guo, 2020). Биоинженерам удалось создать синтетические эритроциты, полностью имитирующие широкие свойства нативных: размер, двояковогнутую форму, деформируемость, пропускную способность кислорода и длительное время циркуляции.

Таким образом, объединив биологический материал с выращенными в лаборатории полимерами, специалисты смогли создать класс длительно циркулирующих искусственных в кровеносной системе гибридных материалов, копирующих эритроциты, с широким спектром потенциальных применений. На что они способны?

Начнём с того, что проектирование и синтез искусственных материалов, имитирующих структуру, механические свойства и, в конечном счёте, функциональные возможности биологических клеток, остаётся в настоящее время Святым Граалем материаловедения.

Функциональные возможности синтетических эритроцитов исследовали на эмбрионах кур и мышей. Эти крошечные киборги могут быть модифицированы для доставки лекарств, например, убивающих опухоль, нести на себе различные сенсоры, контролирующие состояние организма в реальном времени, и многое другое, что ещё совсем недавно было уделом фантастических романов.

Эритроциты столь привлекательны для биоинженеров благодаря простоте своего устройства. При этом они функциональны и способны проникать во все органы.

А что там с нейронами? Специалисты сделали серьёзный шаг на пути создания компьютеров, способных работать по принципу человеческого мозга. Они создали ключевые элементы синтетических клеток мозга, которые способны хранить «воспоминания» в течение миллисекунд.

Эти искусственные «нейроны» используют заряженные частицы, ионы, для получения электрического сигнала. Точно так же информация передается между реальными нейронами в нашем мозге.

В журнале Science была опубликована компьютерная модель этих искусственных нейронов, способных производить такие же электрические сигналы, которые нейроны используют для передачи информации в мозге (PAUL ROBIN, 2021).

Но учёные пошли ещё дальше.