Безграничное будущее: нанотехнологическая революция - [76]

Клеточное стадо

Уничтожение чужеродных организмов будет полезно, но травмы и поврежденные ткани создают другие проблемы. По-настоящему передовая медицина сможет наращивать и перестраивать ткани. Здесь медицинские наноустройства могут стимулировать и направлять собственные механизмы построения и восстановления организма для восстановления здоровых тканей.

Что такое здоровая ткань? Она состоит из нормальных клеток нормальной формы, объединенных в нормальную структуру, с нормальными связями с окружающими тканями. Хирурги сегодня (с их огромными, грубыми инструментами) могут решить некоторые проблемы на уровне тканей. Рана нарушает здоровые связи между двумя разными кусочками ткани, и хирургические клеи и швы могут частично решить эту проблему, удерживая ткани в положении, способствующем заживлению. Аналогичным образом, операция по шунтированию коронарной артерии приводит к более здоровой общей конфигурации тканей, обеспечивающей подачу крови к сердечной мышце. Хирурги режут и сшивают, чтобы излечить раны как можно лучше, при этом они должны полагаться на ткань.

Исцеление устанавливает здоровые связи на самом маленьком масштабе. Клетки должны делиться, расти, мигрировать и заполнять пробелы. Они должны реорганизоваться, чтобы сформировать правильно связанные сети мелких кровеносных сосудов. И клетки должны поставлять материалы для формирования структурного межклеточного матрикса — коллагена для обеспечения правильной формы и прочности мышц или минеральных веществ для обеспечения жесткости костей. Вместо этого они часто образуют нежелательные рубцы, мешая правильному заживлению.

При наличии достаточных знаний о том, как эти процессы работают (наноинструменты могут помочь собрать эти знания), и при наличии достаточно хорошего программного обеспечения для управления процессом — а это более сложная задача — медицинские наномашины смогут управлять процессом заживления. Проблема в том, чтобы направлять движение и поведение толпы активных, живых клеток — процесс, который можно назвать управлением «клеточным стадом».

Клетки реагируют на множество сигналов из окружающей среды: на химикаты во внутренних жидкостях, на сигналы молекул соседних клеток и на механические силы, действующие на них. Устройства для управления «клеточным стадом» будут использовать эти сигналы для стимулирования деления клеток там, где это необходимо, и для предотвращения деления там, где его не должно быть. Они должны подталкивать клетки, чтобы побудить их перемещаться в нужных направлениях, или просто соберут и двинут вперед, чтобы доставить при необходимости в нужное место, побуждая их прижаться надлежащим образом к своими соседями. Наконец, они будут стимулировать клетки окружать себя соответствующими материалами межклеточного матрикса. Или — как владелец маленькой собаки, который в холодный день одевает ее в шерстяную одежду — они будут самостоятельно строить необходимые окружающие структуры для клеток на новом месте.

Таким образом, сотрудничающие группы устройств для управления «клеточным стадом» могут направлять процесс заживления или восстановления структур тканей, обеспечивая, чтобы их клетки формировали здоровые структуры и здоровый матрикс и чтобы эти ткани не вступали в конфликт с окружающей средой. Там, где это необходимо, можно даже отрегулировать внутренности клетки, мы обсудим это позже.

Восстановление тканей

С кожей можно проделать простые манипуляции, что может стать естественным пунктом для начала подобных операций на практике. Люди часто хотят иметь волосы там, где их нет, и голую кожу там, где у них растут волосы. Машины управления «клеточным стадом» могут перемещать или разрушать клетки волосяного фолликула, удаляя нежелательные волосы, или выращивать больше необходимых клеток и размещать их в нужный фолликул, где волосы желательны. Регулируя размер фолликула и свойства некоторых клеток, можно сделать волосы более грубыми, тонкими, прямыми или завитыми. Все эти изменения не вызовут боли, не потребуют токсичных химических вещества и не приведут к дурному запаху. Устройства для управления «клеточным стадом» могут проникать в живые слои кожи, удаляя нежелательные клетки, стимулируя рост новых клеток, сужая неестественно выступающие кровеносные сосуды, обеспечивая хорошую циркуляцию, направляя рост любых необходимых нормальных кровеносных сосудов и перемещая клетки и волокна, устраняя даже глубокие морщины.

С другой стороны, «клеточное стадо» коренным образом меняет лечение опасных для жизни болезней. Например, наиболее распространенной причиной сердечных заболеваний является снижение или прерывание кровоснабжения сердечной мышцы. При перекачке насыщенной кислородом крови в остальную часть тела сердце отводит часть ее для собственного использования через коронарные артерии. Когда эти кровеносные сосуды сжимаются, мы говорим о заболевании коронарной артерии. Когда они блокируются, в результате чего сердечная мышечная ткань отмирает, мы говорим, что это «коронарная болезнь», еще один термин для обозначения сердечного приступа.

Устройства, работающие в кровеносной системе, могут разрушать атеросклеротические отложения, расширяя пораженные кровеносные сосуды. Устройства для управления «клеточным стадом» могут восстановить здоровье стенок артерий и самих артерий, обеспечивая правильное расположение нужных клеток и поддерживающих структур. Это предотвратит большинство сердечных приступов.