Безграничное будущее: нанотехнологическая революция - [77]

Но что, если сердечный приступ уже разрушил мышечную ткань, оставив пациента с поврежденным и плохо работающим сердцем? Еще раз, устройства для управления «клеточным стадом» могут исправить положение, прокладывая себе путь в рубцовую ткань и постепенно удаляя ее, заменяя свежим мышечным волокном. При необходимости, это новое волокно может быть выращено с помощью ряда внутренних молекулярных стимулов к выбранным клеткам сердечной мышцы, чтобы «напомнить» им о программах роста, которые они использовали десятилетиями ранее во время эмбрионального развития.

Возможности управления «клеточным стадом» также должны справляться с различными формами артрита. Там, где это происходит из-за атак со стороны собственной иммунной системы, клетки, продуцирующие повреждающие антитела, могут быть идентифицированы и устранены. Затем система управления «клеточным стадом» работала бы внутри сустава, где она удаляла бы больные ткани, кальцифицированные шпоры и т. д. А затем переделывала бы структуры клеток и межклеточного материала для формирования здорового, гладко работающего и безболезненного сустава. Очевидно, что восстановление работы сердца и восстановление суставов будут иметь некоторые общие технологии, но большая часть исследований и разработок должна быть посвящена конкретным тканям и конкретным обстоятельствам. Подобный процесс — но, опять же, специально адаптированный к обстоятельствам — может быть использован для укрепления и изменения формы кости, коррекции остеопороза.

В стоматологии этот процесс можно использовать для заполнения полостей не амальгамой, а натуральным дентином и эмалью. Наступит время, когда благодаря наномедицинским устройствам для очистки карманов, соединения тканей и направления отрастания будет легко обратить вспять разрушительные последствия заболеваний пародонта. Даже отсутствующие зубы могут быть восстановлены при достаточном контроле за поведением клеток.

Работа с клетками

Для перемещения по тканям, не оставляя следов разрушения, потребуются устройства, способные манипулировать и направлять движения клеток и восстанавливать их. Многое еще предстоит изучить — и это будет легко освоить с помощью наноразмерных инструментов — однако даже современных знаний о клетках достаточно для начала обсуждения проблемы о том, как проводить операции на клетках.

Клеточная биология является быстро развивающейся областью уже сегодня. Клетки можно заставить жить и расти в лабораторных культурах, если они помещены в жидкость с подходящими питательными веществами, кислородом и остальными необходимыми компонентами. Даже с сегодняшними грубыми методами было подробно изучено, как клетки реагируют на разные химические вещества, на разных соседей и даже на то, когда их тыкают иголками. Многие годы в научных лабораториях проводилось грубое хирургическое вмешательство в отдельные клетки.

Сегодня исследователи могут вводить новую ДНК в клетки с помощью крошечной иглы; мелкие проколы в клеточной мембране автоматически зарастают. Но оба эти метода используют инструменты, которые в клеточном масштабе являются большими и неуклюжими — это все равно, что делать операцию топором или шаром для сноски зданий вместо скальпеля. Наноразмерные инструменты позволят проводить медицинские процедуры, включая деликатные операции, на отдельных клетках.

Уничтожение вирусов с помощью клеточной хирургии

Некоторые вирусные заболевания поддаются лечению, для этого необходимо уничтожить вирусы в носу, горле или в кровеносной системе. Примерами являются грипп и простуда. Лечение многих других болезней будет улучшено, но они не будут окончательно побеждены. Все вирусы действуют, вводя свои гены в клетку и захватывая ее молекулярный механизм, чтобы потом использовать его для производства большего количества вирусов. Это, в частности, делает лечение вирусных заболеваний таким трудным — большая часть действия выполняется собственными молекулярными машинами организма, которые не могут действовать на все вирусы сразу. Когда иммунная система имеет дело с вирусным заболеванием, она одновременно атакует свободные вирусные частицы, прежде чем они попадут в клетки, и атакует зараженные клетки, прежде чем они смогут произвести слишком много других вирусных частиц.

Некоторые вирусы, однако, вставляют свои гены в гены клетки, и никак себя при этом не проявляют. Клетка может казаться совершенно нормальной для иммунной системы в течение нескольких месяцев или лет, пока вирусные гены не вступят в действие и не начнут инфекционный процесс заново. Эта модель ответственна за персистенцию герпетической инфекции и за медленный, смертельный прогресс СПИДа.

Эти вирусы могут быть устранены с помощью клеточной хирургии на молекулярном уровне. Требуемые устройства могут быть достаточно маленькими, чтобы при необходимости полностью помещаться в клетку. Грег Фахи, который возглавляет проект по криоконсервации органов в Лаборатории трансплантации Джерома Холланда Американского Красного Креста, пишет: «Расчеты подразумевают, что молекулярные датчики, молекулярные компьютеры и молекулярные эффекторы могут быть объединены в устройство, достаточно маленькое, чтобы легко поместиться в одной клетке и достаточно мощное, чтобы восстанавливать молекулярные и структурные дефекты (или разрушать чужеродные структуры, такие как вирусы и бактерии) непосредственно при их появлении… Нет никаких причин считать, что такие системы не могут быть построены и не смогут функционировать, как задумано».