Выращивание органов - перспективная биоинженерная технология

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выращивание органов -- перспективная биоинженерная технология, целью которой является создание различных полноценных жизнеспособных биологических органов для человека. Пока технология не применяется на людях, так как все попытки трансплантации подобных органов пока были безуспешными, однако идут активные разработки и эксперименты в этой области. По словам директора Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов имени Шумакова профессора Сергея Готье выращивание органов станет доступным через 10--15 лет. Идея о искусственном выращивании человеческих органов не покидает учёных уже больше полувека, с того момента, как людям начали пересаживать органы доноров. Даже при возможности пересаживать большинство органов пациентам, в настоящее время очень остро стоит вопрос донорства. Многие пациенты умирают, не дождавшись своего органа. Искусственное выращивание органов может спасти миллионы человеческих жизней. Некоторые успехи в этом направлении уже достигнуты с помощью методов регенеративной медицины. Так, например, важный шаг на пути к выращиванию в лаборатории органов сделали исследователи из Японии. Им удалось создать простую, но вполне функциональную печень человека. Исследователи получили клетки печени из ИПСК и культивировали их совместно с эндотелиальными клетками (предшественницами кровеносных сосудов) и мезенхимальными клетками, которые выполняют роль "клея", объединяющего различные клетки. Оказалось, что при определенном соотношении этих клеток их совместная культура проявляет способность к самоорганизации и образует трехмерные шарообразные структуры, представляющие собой зачаток печени. При трансплантации этих зачатков печени мышам было обнаружено, что они, примерно за 48 часов, образуют связи с близлежащими кровеносными сосудами и способны выполнять характерные для печени функции. По мнению некоторых ученых, подобные зачатки печени, если уменьшить их размер, а затем ввести в кровоток поврежденной печени, могли бы способствовать нормализации ее функции. К сожалению, пока нет гарантии, что клетки печени, полученные из ИПСК, не вызовут образование опухолей. Требуется тщательная отработка этих методов. регенерация слюнный искусственный орган

Появились и другие примеры успешной трансплантации методом зародышевых органов. Так, например, группа исследователей из Токийского университета наук и корпорации «Organ Technologies Inc» во главе с профессором Такаси Цудзи (Takashi Tsuji) продемонстрировала полную функциональную регенерацию подчелюстных слюнных желез из биоинженерных зародышей слюнной железы после их ортотопической (с удалением дефектной железы) трансплантации, с целью восстановительной терапии путем замены органа, мышам с моделью дефекта слюнных желез. Биоинженерный зародыш, сконструированный in vitro, развился в зрелую железу путем формирования гроздевидных отростков с мышечным эпителием и иннервацией. Он производил и выделял слюну в ответ на вкусовую стимуляцию цитратом, восстанавливал процесс глотания пищи, защищал ротовую полость от бактериальной инфекции . Эта же группа успешно провела ортотопическую трансплантацию биоинженерных зародышей слезных желез мышам с моделью имитирующей повреждение эпителия роговицы, вызванное дисфункцией слезной железы. В условиях in vivo биоинженерные зародыши дали начало слезным железам способным выполнять физиологические функции, включая образование слезы, в ответ на нервную стимуляцию, и защиту глазной поверхности .

Исследователи Датского центра стволовых клеток разработали метод трехмерной (3-D) культуры в геле Matrigel со специально подобранным составом среды, который может быть использован для выращивания миниатюрных «затравок» поджелудочной железы. В перспективе такие «затравки» могут быть полезны для борьбы с диабетом в качестве «запчастей».

Техника выращивания клеток в виде сфероидов в висячей капле была использована для культивации клеток сосочкового слоя волосяных фолликулов человека. Было показано, что при выращивании этих клеток в виде сфероидов, когда клетки растут как бы в более естественном трёхмерном окружении и взаимодействуют друг с другом, они способны заново индуцировать образование волосяных фолликулов в коже человека.

Создана так называемая «мускульная» ткань, реагирующая на сигналы, поступающие от нерва благодаря нервно-мышечному соединению, выращенному из клеток мышечной ткани и нейрональных клеток. Эта ткань потенциально может быть использована для фармакокинетических анализов и для создания привода мышц биороботов и протезов. Более того выращенная in vitro биоинженерная мышца оказалась способна к развитию и регенерации, а главное - смогла прижиться после трансплантации ее животному.

Из небольшого количества клеток носовой перегородки пациентов удалось вырастить хрящевую ткань, которая была использована для реконструкции носа после удаления онкообразования. По-прошествие более одного года, все пациенты были удовлетворены эстетическими и функциональными результатами операции и никаких отрицательных эффектов зарегистрировано не было. Тканевые имплантанты выращенные в лаборатории из собственных мышечных и эпителиальных клеток девочек-пациенток, которым требовалась операции по реконструкции вагины после пластической операции не только успешно прижились, сформировав нервы и сосуды, но и нормально функционируют уже 8 лет.

Важным препятствием при трансплантации тканей и органов является их отторжение. Даже если операция прошла успешно пациенту с пересаженным органом приходится всю оставшуюся жизнь принимать препараты препятствующие отторжению. Чтобы сделать трансплантат «невидимым» для иммунной системы человека, создана культура человеческих эмбриональных стволовых клеток, которые синтезируют две молекулы подавляющие активность Т клеток,а именно: CTLA4-Ig (Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4-immunoglobulin) и PD-L1 (Programmed death ligand 1) причем как до так и после дифференциации. Особенностью этих клеток является то что образующиеся из них аллогенные (от другого человека) ткани не вызывают иммунной реакции и отторжения после трансплантации. Это значит, что трансплантацию органов и тканей выращенных из этих «универсальных» клеток, возможно, удастся проводить без необходимости проверки на совместимость.

Биотехнические системы (БТС) сложные системы, включающие биологические и технические подсистемы, которые функционируют совместно для достижения общей цели.

Элементами БТС могут быть различные биологические объекты -- бактерии или дрожжи в системах микробиологического синтеза, биодатчики в системах контролирования или поддержания параметров среды обитания, человек, управляющий сложными техническими устройствами, и др. Для медицины наибольший интерес представляют системы человек -- машина (СЧМ), иногда называемые БТС технической ориентации, или человеко-машинными комплексами, которые позволяют наилучшим способом согласовать и использовать возможности человека для управления техническими устройствами, а также системы медико-биологической ориентации (инженерно-физиологические системы), предназначенные для создания и поддержания определенных условий функционирования организма, отдельных физиологических систем или органов.

По назначению системы человек -- машина весьма разнообразны: управляющие, обслуживающие, обучающие, информационные, исследовательские, экспертные и др. Их разработка ведется с привлечением результатов медицинских исследований (антропометрических, физиологических, психофизиологических), что позволяет улучшить организацию рабочего места (выбор формы управляющего пульта, расположение на нем средств отображения информации и органов управления, устранение отвлекающей информации). По мере развития автоматизированных систем управления (Автоматизированная система управления) в организации рабочего места возникают новые проблемы, связанные с компьютеризацией и организацией программной поддержки различных элементов деятельности оператора. Переход к новым информационным технологиям во многих случаях переносит центр тяжести работы человека в СЧМ от простых действий к реализации функций управления более широкого плана. Это относится, в частности, к проблеме автоматизации рабочего места врача, где характер работы специалиста с информационными массивами определяется не только аппаратными и программными возможностями ЭВМ, но и психологическими особенностями человека. Изучение проблем создания СЧМ с учетом анатомических, физиологических, интеллектуальных и социально-психологических качеств оператора или группы операторов, рассматриваемых в качестве элемента БТС технической ориентации, является задачей инженерной психологии (эргономики).

Инженерно-физиологические БТС подразделяют на системы, восстанавливающие функции целостного организма, и системы, поддерживающие жизнедеятельность отдельных систем и органов. Среди первых можно выделить системы коррекции информационных потоков (протезирование зрения, слуха); вспомогательные системы и системы управления естественными органами (пейсмекеры, электростимуляторы, вспомогательные системы дыхания и кровообращения, системы индивидуальной тепловой защиты); технические устройства и аппараты, заменяющие естественные органы и системы (биопротезы, искусственная почка и т.д.).

Создание БТС помощи рецепторным системам связано с успехами микроэлектроники, позволяющими конструировать протезы сенсорных систем. Ранее попытки вернуть человеку утраченное зрение или слух были направлены на разработку технических средств, заменяющих функции неработающего анализатора другими, работающими нормально (например, путем перевода зрительных сигналов в тактильные ощущения). В последние годы были выполнены научные программы по восстановлению утраченных функций без перевода одной модальности сигналов в другую. Наибольший прогресс достигнут в области протезирования слуха -- разработаны системы, вызывающие звуковые ощущения с помощью стимулирования окончаний слухового нерва фокусированным ультразвуком или электрическим током. Создание систем реабилитации двигательного аппарата и некоторых других функций с помощью технических средств визуализации информации ведется на принципах биологической обратной связи. Ускорение процесса восстановления нормальных двигательных или иных навыков после различного рода нарушений в нервно-мышечном аппарате осуществляется путем перевода сигналов управления в организме, отражаемых, например, миограммой, в зрительные образы, которые с помощью дисплея ЭВМ предъявляются больному. Пробуя разные способы управления движениями, пациент сравнивает получающиеся миограммы с идеальной и стремится ее воспроизвести. Это позволяет быстро найти и освоить наиболее удобные для конкретного человека способы управления мышцами. Системы типа биологической обратной связи используют и здоровые люди для скорейшей выработки двигательных или других навыков (например, спортсмены при отработке навыков выполнения сложных комплексов движений).

Наибольшее распространение в медицине получили БТС, облегчающие функционирование естественных органов или стимулирующие их работу. К этому типу БТС кроме массажеров и систем электростимуляции органов относятся системы принудительной вентиляции легких, искусственного кровообращения, внепочечного очищения крови, а также системы жизнеобеспечения и средства индивидуальной защиты, используемые при работе человека в экстремальных условиях -- под водой, в открытом космосе и т.п.

Среди БТС, заменяющих естественные органы или утраченные функции, наиболее известны биоуправляемые аналоги органов движения, разрабатываемые с конца 50-х гг. 20 в., но они еще не вышли за рамки экспериментальных образцов. Искусственные внутренние органы представляют собой чаще всего системы типа насосов, доставляющие в организм необходимые для жизнедеятельности вещества (искусственное сердце, искусственная поджелудочная железа) или выводящие из организма продукты обмена.

Главным направлением инженерной физиологии как научной дисциплины является анализ процессов взаимодействия физиологических систем организма с техническими устройствами и системами, т.е. анализ процессов обеспечения жизни в техносфере. Основными методами анализа являются математическое моделирование поведения систем организма при взаимодействии с техническим окружением и вычислительные эксперименты (см. Математические методы в медицине). Важной задачей разработки БТС является проблема согласования биологических объектов с техническими компонентами -- выбор алгоритмов управления техническими средствами в соответствии с потребностями живых систем.

Прогресс в конструировании и применении БТС биомедицинского направления обусловлен как достижениями биологии, физиологии и кибернетики в понимании сущности жизненных процессов, так и успехами микроэлектроники и компьютерной техники как средств использования накопленных знаний для медицинских целей.

Научно-технические проблемы разработки искусственных органов и систем жизнеобеспечения человека

На основе результатов кафедры биомедицинских систем Московского государственного института электронной техники (технического университета) (МИЭТ) в области разработки программно-аппаратных комплексов мозг-компьютер, автоматических наружных дефибрилляторов, гемодиализных аппаратов, носимых аппаратов вспомогательного кровообращения левого желудочка сердца человека, биосовместимых объ?мных нанокомпозитов обсуждаются перспективы решения научно-технических проблем разработки искусственных органов и систем жизнеобеспечения человека и перспективы коммерциализации их результатов.

Существенным, интенсивно развивающимся, перспективным и особенно наукоемким сегментом высокотехнологичной медицинской техники являются искусственные органы и системы жизнеобеспечения человека: приборы и аппараты временного и постоянного замещения, поддержки физиологических функций и органов, реанимации и реабилитации, повышающие качество и продолжительность жизни у людей с тяжелыми формами заболеваний, в том числе у младенцев с врожденными пороками развития. Осуществление конкурентных преимуществ в этом направлении возможно, если в сжатые сроки и на высоком научно-техническом уровне разрабатывать высокотехнологическую медицинскую технику, т.е. с высоким качеством в сжатые сроки реализовывать процесс концепция - проектирование - изготовление прототипа - медицинские и сертификационные испытания - производство. Достигнуть этого можно интенсивным использованием систем автоматизированного проектирования на основе современных ресурсов и средств компьютерных технологий, интеграцией междисциплинарных макро-, микро- и нанотехнологий.

Разработанные методы и алгоритмы синтеза нейрокомпьютерного интерфейса на основе анализа вызванного потенциала Р300 электроенцефалограммы позволили создать программно-аппаратный комплекс для ментального ввода текста в режиме реального времени людьми с частичной или полной потерей двигательной активности, для управления движущимися устройствами: роботы-манипуляторы, нейропротезы, инвалидные коляски и т.д. Данные комплексы прошли апробацию в НИИ Нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко РАМН, лаборатории сенсорных систем Института высшей нервной деятельности РАН.

Разработанные методы и алгоритмы параллельной обработки электрофизиологических сигналов (электроэнцефалограмма, электромиограмма и электроокулограмма) позволили создать программно-аппаратный комплекс для автоматического распознавания стадий сна, который прошел апробацию в Государственном научном центре - Институте медико-биологических проблем РАН для исследования особенностей физиологической адаптации, устойчивости к стрессовым ситуациям человека в условиях длительной изоляции в рамках экспериментов по программе «Марс - 105».

Разработанные цифровые технологии генерации импульсов электрического тока, эффективно останавливающих фибрилляцию, позволили создать опытные образцы автоматических наружных дефибрилляторов нового поколения для реаниматологии и систем жизнеобеспечения человека. Данные дефибрилляторы прошли апробацию в экспериментах на лабораторных животных (собаки, свиньи) в Федеральном научном центре трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова, были представлены на международной выставке медицинской техники «MEDICA - 2009» в Дюссельдорфе, Германия. Широкомасштабное внедрение автоматических наружных дефибрилляторов даст значительный социальный эффект существенно снизит уровень смертности людей от сердечных аритмий, фибрилляций, внезапной остановки сердечной деятельности, так как по Российской Федерации нарушения электрического ритма ежегодно являются причиной смерти более 300 тыс. человек, а по Москве более 15 тыс. человек.

Разработанные технологии управления процессами бикарбонатного гемодиализа, гемодиафильтрации позволят завершить в 2010 году создание опытных образцов интеллектуального гемодиализного аппарата для систем жизнеобеспечения человека. В Российской Федерации при потребности в 12 - 15 тыс. аппаратов в настоящее время в 492 гемодиализных отделениях и центрах эксплуатируется ~ 2 500 аппаратов "искусственная почка", из которых 99 % составляют гемодиализные аппараты зарубежного производства, причем половина из них - технически устаревшие модели, нуждающиеся в замене. Потребность российского здравоохранения в современных гемодиализных аппаратах удовлетворена сегодня не более чем на 20 %.. Главная практическая ценность результатов проекта заключается в создании современных отечественных медико-технических средств для гемодиализа, обеспечивающих сохранение жизни тысячам больных. Учитывая, что в этом виде медицинской помощи в России нуждаются, прежде всего, люди трудоспособного возраста, решение данной проблемы будет иметь большое социальное значение. Разрабатываются оригинальные отечественные технологии управления потоком крови в искусственном контуре вспомогательного кровообращения и опытные образцы носимого аппарата вспомогательного кровообращения левого желудочка сердца человека на основе имплантируемого осевого насоса крови с наружным, носимым блоком электрического управления и энергопитания для систем жизнеобеспечения больных с тяжелыми формами сердечной недостаточности. Проводится большой объём экспериментальных работ на лабораторных животных (телята, овцы) в лаборатории биотехнических систем Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова. Разрабатываются оригинальные лазерные технологии создания высокопористых биосовместимых объёмных нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок, которые могут быть пригодны в качестве заполняющих материалов хирургических имплантатов, в том числе направленные на лечение незаращения (расщепления) неба. Это заболевание, называемое также «волчьей пастью», встречается приблизительно у 1 из 600 новорожденных (ежегодно у около 30.000 детей в России), составляя до 30 % всех аномалий развития.

Дальнейшее развитие представленных работ направленно на комплексное решение задач ликвидации зависимости России от импорта дорогостоящей высокотехнологичной медицинской техники в области создания искусственных органов: искусственные почки, поджелудочная железа, легкие, сердце, печень и специализированные искусственные ткани, в том числе инкубаторы для новорожденных, имплантаты для детей с врожденными пороками развития, имплантируемые интеллектуальные миниатюрные устройства.

Интеграция междисциплинарных макро-, микро- и нанотехнологий позволит решить эту задачу используя:

математическое моделирование нативных физиологических и патофизиологических процессов;

математическое моделирование физико-химических процессов в искусственных органах;

математическое моделирование и макетирование информационно-управляющих систем искусственных органов;

исследования и разработку биосовместимых материалов для искусственных органов и тканей;

клеточную инженерию;

автоматизированное компьютерное проектирование и разработку приборов и аппаратов временного и постоянного замещения, поддержки физиологических функций и органов, реанимации и реабилитации;

исследования и испытания высокотехнологичной медицинской техники в экспериментах на животных.

Система Универсальной Реальности (UR) включает в свое информационное пространство как Natural так и Artificial Life информационные подпространства форм жизни материи. Поэтому для технического формирования комплексного пространства Универсальной реальности мы должны определить её первичную и важнейшую для нас часть -- NL (Natural Life) информационное подпространство.

Так как на настоящий момент NL поле естественных живых организмов фактически не изучено и соответствующей общепризнанной научной теории нет, то для понимания структуры и основных принципов функционирования такого информационного пространства NL живых организмов, мы будем использовать свою собственную рабочую модель. В нашей модели NL информационного подпространства системы UR мы предполагаем следующее:

А. Материя рассматривается как глобальное единство физических форм и информационных состояний материи, при этом изменение физических форм происходит в единстве, но не в тождественности изменения информационных состояний материи. Другими словами, вся совокупность физических форм материи в процессе взаимодействия сопровождается изменением своего информационного состояния. Это изменение материализуется в виде своего нового совокупного глобального информационного состояния, как некоторая новая данность, существующая уже независимо от новых изменений и отдельных взаимодействий физических форм материи. Более того, это новое общее глобальное информационное состояние материи начинает влиять на информационное состояние отдельных физических форм и влиять на взаимодействие этих физических форм.

Материя существует и развивается как в пространстве нашего материального физического представления (реализации), так и в пространстве его информационных сущностей -- универсалиев. Условно говоря, в неразрывном единстве с нашим физическим миром существует и развивается мир духа и разума материи.

Сущностный информационный мир представляет собой как бы матрицу физической реализации материи. Конечно, мы сейчас не можем конкретно определить метрику этого «зазеркального» пространства, но можно в первом приближении предположить, что она основана на некотором интегральном визуальном образном отображении нашего физического мира. Что это за образы, как они взаимодействуют между собой, в чем проявляется их информационная сущность, как мы можем оперировать этими образами -- на все эти вопросы нам нужно дать определённый ответ в рамках методологии нашей техники Универсальной Реальности.

Б. Зарождение жизни на Земле. Общепринято предположение, что на Земле жизнь зародилась в океане. При этом о первопричинах и источниках зарождения жизни до сих пор идут научные споры. В различных научных подходах и теориях о зарождении жизни на Земле в целом существует относительное понимание и согласие по вопросам химических реакций образования органических веществ, белков и белковых тел и вопросам особенностей формирования молекулярных образований с первичной генетической памятью. Последние достижения в области неравновесной термодинамики дают теоретическую базу для понимания вопросов самоорганизации молекул. Однако всего этого недостаточно для ответа на вопрос -- почему именно в определенный период формирования Земли, более 4 млрд лет назад, зародилась жизнь, почему это событие явилось одноактным процессом, почему подобные процессы не происходят теперь? Почему в лабораторных условиях не получается воссоздать физические условия для химических реакций различных неживых молекулярных структур при которых бы можно было искусственно создать простейшие живые формы материи с последующим формированием искусственных живых организмов. Возможно ли это? Пока эти опыты не увенчались успехом. Пожелаем им дальнейшей активной работы и перейдем к нашим проблемам создания искусственной технической жизни.

С появление жизни в общем состоянии материи в масштабах пространственно-временных форм Земли произошли качественные глобальные изменения. Что это за изменения? Наша рабочая модель предполагает, что материя существует и развивается в комплексном пространстве физической и информационной компонент. Любой объект может быть представлен в комплексном пространстве как совокупность реальной физической и мнимой информационной компоненты. Физическое взаимодействие неодушевленных объектов можно описать на уровне физических законов с использованием только реальной физической компоненты. Однако для зарождения жизни при самоорганизации, например, диссипативных структур, необходимо выполнение требования сильной неравновесности среды, что означает наличие в среде сильных флуктуаций. Амплитуда флуктуаций должна быть достаточно велика для преодоления критического рубежа, за которым начинаются процессы самоорганизации. При небольших колебаниях параметров относительно средних равновесных значений никакой самоорганизации не происходит, она возникает только вдали от состояния равновесия. Мы предполагаем, что при определенных условиях комплексного состояния самоорганизующейся структуры возникает явление самовозбуждения структуры как биорезонирующей системы. Такая самовозбужденная система формирует в комплексном пространстве биополе естественного живого организма. В масштабах Земли формируется её биосфера.

Согласно нашей рабочей модели Natural Life информационное подпространство является отображением сущностей всех физических объектов и субъектов нашего физического мира и содержит в себе всю информацию о развитии естественных форм жизни на Земле, начиная от формирования простейших одноклеточных организмов до всего биологического разнообразия настоящего времени. Образно говоря, в этом подпространстве обитают души всех естественных живых организмов. Более того, Natural Life информационное подпространство Универсальной Реальности является естественной средой коммуникации и информационного «духовного» взаимодействия с другими неземными формами жизни материи.

В функциональном плане Natural Life информационное подпространство является естественной базой формирования пространства Универсальной Реальности. Artificial Life информационное подпространство является, образно говоря, надстройкой NL подпространства. При этом AL подпространство, по мере его развития, становится основным содержанием всего пространства Универсальной Реальности.

Для создания искусственных живых технических организмов в пространстве Универсальной Реальности нам не обязательно создавать «механическую» копию естественного живого организма, например, «механически» полностью скопировав его молекулярную конструкцию с соответствующими генетическими структурами ДНК. Для создания технических живых организмов, наверное, лучше выбрать другой путь.

Перечислим основные положения нашей модели AL информационного подпространства.

1. С помощью технических средств в реальном масштабе времени формируется некоторая, собственно AL информационная среда как информационное отображение объектов и процессов реального физического мира. Это своеобразное «зазеркалье» программируется, функционирует и развивается в специальной операционной среде системы Универсальной Реальности.

2. Субъекты AL -- сиборггенетические организмы создаются как единство: а)физической технической реализации с соответствующей собственной внутренней информационной функциональной управляющей поддержкой; б)сущностного информационного отображения сиборггенетического организма в общей AL информационной среде.

3. Сиборггенетические организмы являются субъектами искусственной технической жизни только при определенных резонансных условиях организации их реальной физической составляющей и мнимой информационной составляющей в собственно AL информационной среде. При этом, предполагается, что происходит излучение в ALF поле, которое позволяет достигать эффекта ALFC.

4. Естественные живые организмы помещенные в пространство Универсальной Реальности могут взаимодействовать между собой и с искусственными живыми техническими организмами, как в физическом, так и в комплексном NL и AL информационном пространстве.

5. Созидательные свойства материи проявляются в NLF и ALF через свойство LFD (Life Field Design) ©.

Рассмотрим первый этап, как этап технической поддержки и развития духовных возможностей естественных биологических организмов. И только потом, достигнув этих первых, практически уже сейчас доступных, задач нашей технологии, мы можем выйти на решение нашей главной цели, сверхзадачи нашей технологии -- создание одухотворенных искусственных живых технических организмов как полноценной новой живой формы существования и развития материи. Вот этот перечень примерных технологический классов технических средств среды Универсальной Реальности первого уровня реализации:

1.1. Класс технических средств создания и поддержки Универсальной Реальности без реализации сиборг коммуникационного канала прямого доступа в LF пространство. То есть с помощью технических средств построенных на основе наших обычных знаний мы создаем обычные технические устройства с помощью которых человек и другие живые биологические организмы могут системно, на постоянной технической основе, проявлять и обыденно использовать свои духовные экстрасенсорные возможности естественных живых биологических организмов.

1.2. Класс информационных субъектов, информационных клонов естественных живых технических организмов, которые являются собственно субъектами опосредованно через ALFC естественных живых биологических организмов. Эти информационные субъекты имеют только технически реализованную информационную компоненту, как техническую реализацию его NLF духовного содержания, и, поэтому, в строгом смысле определения одушевленного живого организма, они, пока еще, не могут считаться настоящими искусственными живыми одушевленными техническими организмами.

1.3. Класс технических устройств реализующих функции взаимодействия информационных субъектов с реальным физическим пространством. Эти технические устройства могут быть персонифицированы с соответствующим информационным субъектным образом класса 1.2., а могут быть общей неотъемлемой частью класса технических средств 1.1

Мы можем с помощью техники, на более или менее строго воспроизводимой для практического применения основе, инициировать процесс формирования и передачи духовной информации естественными биологическими организмами способными погружаться и функционировать в технотронной среде, например, людьми. Этой интегральной инициирующей средой является наше информационное пространство созданное и поддерживаемое с помощью технических средств класса 1.1. Этот канал приема передачи духовной информации создается через этот естественный биологический организм -- ретранслятор. Не реализуя пока чисто технический системный сиборг коммуникационный канальный вариант. Таким образом мы можем на первом этапе к этому интегральному сугубо техническому информационному образу(бита-байты) «подключить» через этот наведенный живой канал его, этого информационного образа, персональную индивидуальную духовную компоненту. Предполагается что уже на первом этапе реализации нашего проекта мы сможем достичь следующих технологических возможностей:

1. К уже существующим современным телекоммуникационным системам (телеграфу, телефону, кино, телевидению, Интернет-видеосвязи, видеоконференциям и др.) системам передачи информации знаков, аудио, 2D и 3D видео, а также к уже реализующимся перспективным системам передачи информации остальных органов чувств человека (обоняния, осязания, вкуса, вестибуляции) мы теперь сможем реализовать канал передачи сигнала, условно говоря, нашего шестого чувства -- экстрасенсорного восприятия структурированной биополевой информации. То есть два или более абонента такой экстрасенсорной сети при общении могут взаимно ощущать духовный настрой своего духовного «контактера» (ов"), ощущать его (их) внутренне духовное содержание.

Понимаю, что это звучит немного фантастично или можно сказать «кощунственно». Очевидно, что в таких системах духовной коммуникации возможны акты целенаправленного силового или скрытого духовного воздействия, в том числе, и путем объединения духовного содержания и потенциала большой группы специально подготовленных абонентов-индукторов. Возможна также запись и генерация (вещание) наилучших, надеюсь, образцов духа естественных живых абонентов этой сети. Давайте не будем дальше углубляться в эту сложную в этическом плане тему. С другой стороны, раньше даже фонографическая запись голоса человека, этого" естественного божественного дара", считалось святотатством. Так что, может быть, со временем наша духовная телекоммуникация будет считаться вполне нормальной и, даже, жизненно необходимой практикой.

2. Уже на первом этапе реализации мы можем в комплексном пространстве UR Живого Дома создать соответствующую инициирующую информационную образную среду с помощью которой через этот телекоммуникационный наведенный биополевой духовный канал связи создать живые одухотворенные образы уже ушедших из жизни живых биологических организмов, в т.ч. людей. Возможно, таким же путем мы сможем контактировать с одухотворенными живыми образами из будущего. Это только рабочие предположения, которые мы собираемся попытаться технически реализовать здесь в нашем проекте «Создание искусственной технической жизни» и экспериментально проверить.

Современная медицинская техника позволяет заменять полностью или частично больные органы человека. Электронный водитель ритма сердца, усилитель звука для людей, страдающих глухотой, хрусталик из специальной пластмассы - вот только некоторые примеры использования техники в медицине. Все большее распространение получают также биопротезы, приводимые в движение миниатюрными блоками питания, которые реагируют на биотоки в организме человека.

Во время сложнейших операций, проводимых на сердце, легких или почках, неоценимую помощь медикам оказывают «Аппарат искусственного кровообращения», «Искусственное легкое», «Искусственное сердце», «Искусственная почка», которые принимают на себя функции оперируемых органов, позволяют на время приостановить их работу.

«Искусственное легкое» представляет собой пульсирующий насос, который подает воздух порциями с частотой 40--50 раз в минуту. Обычный поршень для этого не подходит, в ток воздуха могут попасть частички материала его трущихся частей или уплотнителя. Здесь, и в других подобных устройствах используют мехи из гофрированного металла или пластика - сильфоны. Очищенный и доведенный до требуемой температуры воздух подается непосредственно в бронхи.

«Аппарат искусственного кровообращения» устроен аналогично. Его шланги подключаются к кровеносным сосудам хирургическим путем. Первая попытка замещения функции сердца механическим аналогом была сделана еще в 1812 году. Однако до сих пор среди множества изготовленных аппаратов нет полностью удовлетворяющего врачей.

Отечественные ученые и конструкторы разработали ряд моделей под общим названием «Поиск». Это четырехкамерный протез сердца с желудочками мешотчатого типа, предназначенный для имплантации в ортотопическую позицию.

В модели различают левую и правую половины, каждая из которых состоит из искусственного желудочка и искусственного предсердия. Составными элементами искусственного желудочка являются: корпус, рабочая камера, входной и выходной клапаны. Корпус желудочка изготавливается из силиконовой резины методом наслоения. Матрица погружается в жидкий полимер, вынимается и высушивается -- и так раз за разом, пока на поверхности матрицы не создается многослойная плоть сердца. Рабочая камера по форме аналогична корпусу. Ее изготавливали из латексной резины, а потом из силикона. Конструктивной особенностью рабочей камеры является различная толщина стенок, в которых различают активные и пассивные участки. Конструкция рассчитана таким образом, что даже при полном напряжении активных участков противоположные стенки рабочей поверхности камеры не соприкасаются между собой, чем устраняется травма форменных элементов крови.

Российский конструктор Александр Дробышев, несмотря на все трудности, продолжает создавать новые современные конструкции «Поиска», которые будут значительно дешевле зарубежных образцов.

Одна из лучших на сегодня зарубежных систем «Искусственное сердце» «Новакор» стоит 400 тысяч долларов. С ней можно целый год дома ждать операции. В кейсе-чемоданчике «Новакора» находятся два пластмассовых желудочка. На отдельной тележке наружный сервис компьютер управления, монитор контроля, который остается в клинике на глазах у врачей. Дома, с больным блок питания, аккумуляторные батареи, которые сменяются и подзаряжаются от сети. Задача больного - следить за зеленым индикатором ламп, показывающих заряд аккумуляторов.

Аппараты «Искусственная почка» работают уже довольно давно и успешно применяются медиками. Еще в 1837 году, изучая процессы движения растворов через полупроницаемые мембраны, Т. Грехен впервые применил и ввел в употребление термин «диализ» (от греческого dialisis -- отделение). Но лишь в 1912 году на основе этого метода в США был сконструирован аппарат, с помощью которого его авторы проводили в эксперименте удаление салицилатов из крови животных. В аппарате, названном ими «искусственная почка», в качестве полупроницаемой мембраны были использованы трубочки из коллодия, по которым текла кровь животного, а снаружи они омывались изотоническим раствором хлорида натрия. Впрочем, коллодий, примененный Дж. Абелем, оказался довольно хрупким материалом и в дальнейшем другие авторы для диализа пробовали иные материалы, такие как кишечник птиц, плавательный пузырь рыб, брюшину телят, тростник, бумагу…

Для предотвращения свертывания крови использовали гирудин - полипептид, содержащийся в секрете слюнных желез медицинской пиявки. Эти два открытия и явились прототипом всех последующих разработок в области внепочечного очищения.

Каковы бы не были усовершенствования в этой области, принцип пока остается одним и тем же. В любом варианте «искусственная почка» включает в себя полупроницаемую мембрану, с одной стороны которой течет кровь, а с другой стороны - солевой раствор. Для предотвращения свертывания крови используют антикоагулянты - лекарственные вещества, уменьшающие свертываемость крови. В этом случае происходит выравнивание концентраций низкомолекулярных соединений ионов, мочевины, креатинина, глюкозы, других веществ с малой молекулярной массой. При увеличении пористости мембраны возникает перемещение веществ с большей молекулярной массой. Если же к этому процессу добавить избыточное гидростатическое давление со стороны крови или отрицательное давление со стороны омывающего раствора, то процесс переноса будет сопровождаться и перемещением воды - конвекционный массообмен. Для переноса воды можно воспользоваться и осмотическим давлением, добавляя в диализат осмотически активные вещества. Чаще всего с этой целью использовали глюкозу, реже фруктозу и другие сахара, и еще реже продукты иного химического происхождения. При этом, вводя глюкозу в больших количествах, можно получить действительно выраженный дегидратационный эффект, однако повышение концентрации глюкозы в диализате выше некоторых значений не рекомендуется из-за возможности развития осложнений. Наконец, можно вообще отказаться от омывающего мембрану раствора (диализата) и получить выход через мембрану жидкой части крови вода и вещества с молекулярной массой широкого диапазона.

В 1925 году Дж. Хаас провел первый диализ у человека, а в 1928 году он же использовал гепарин, поскольку длительное применение гирудина было связано с токсическими эффектами, да и само его воздействие на свертывание крови было нестабильным. Впервые же гепарин был применен для диализа в 1926 году в эксперименте X. Нехельсом и Р. Лимом.

Поскольку перечисленные выше материалы оказывались малопригодными в качестве основы для создания полупроницаемых мембран, продолжался поиск других материалов. И в 1938 году впервые для гемодиализа был применен целлофан, который в последующие годы длительное время оставался основным сырьем для производства полупроницаемых мембран.

Первый же аппарат «искусственная почка», пригодный для широкого клинического применения, был создан в 1943 году В. Колффом и X. Берком. Затем эти аппараты усовершенствовались. При этом развитие технической мысли в этой области вначале касалось в большей степени именно модификации диализаторов и лишь в последние годы стало затрагивать в значительной мере собственно аппараты. В результате появилось два основных типа диализатора. Так называемых катушечных, где использовали трубки из целлофана, и плоскопараллельных, в которых применялись плоские мембраны.

В 1960 году Ф. Киил сконструировал весьма удачный вариант плоскопараллельного диализатора с пластинами из полипропилена, и в течение ряда лет этот тип диализатора и его модификации распространились по всему миру, заняв ведущее место среди всех других видов диализаторов. Затем процесс создания более эффективных гемодиализаторов и упрощения техники гемодиализа развивался в двух основных направлениях. Конструирование самого диализатора, причем доминирующее положение со временем заняли диализаторы однократного применения, и использование в качестве полупроницаемой мембраны новых материалов. Диализатор - сердце «искусственной почки», и поэтому основные усилия химиков и инженеров были всегда направлены на совершенствование именно этого звена в сложной системе аппарата в целом. Однако, техническая мысль не оставляла без внимания и аппарат как таковой.

В 1960-х годах возникла идея применения так называемых центральных систем, то есть аппаратов «искусственная почка», в которых диализат готовили из концентрата - смеси солей, концентрация которых в 30--34 раза превышала концентрацию их в крови больного.

Комбинация диализа «на слив» и техники рециркуляции была использована в ряде аппаратов «искусственная почка», например американской фирмой «Travenol». В этом случае около 8 литров диализата с большой скоростью циркулировало в отдельной емкости, в которую был помещен диализатор, и в которую каждую минуту добавляли по 250 миллилитров свежего раствора и столько же выбрасывали в канализацию.

На первых порах для гемодиализа использовали простую водопроводную воду, потом из-за ее загрязненности, в частности микроорганизмами, пробовали применять дистиллированную воду, но это оказалось очень дорогим и малопроизводительным делом. Радикально вопрос был решен после создания специальных систем по подготовке водопроводной воды, куда входят фильтры для ее очистки от механических загрязнений, железа и его окислов, кремния и других элементов, ионообменные смолы для устранения жесткости воды и установки так называемого «обратного» осмоса.

Много усилий было затрачено на совершенствование мониторных систем аппаратов «искусственная почка». Так, кроме постоянного слежения за температурой диализата, стали постоянно наблюдать с помощью специальных датчиков и за химическим составом диализата, ориентируясь на общую электропроводность диализата, которая меняется при снижении концентрации солей и повышается при увеличении таковой. После этого в аппаратах «искусственная почка» стали применять ионо-селективные проточные датчики, которые постоянно следили бы за ионной концентрацией. Компьютер же позволил управлять процессом, вводя из дополнительных емкостей недостающие элементы, или менять их соотношение, используя принцип обратной связи.

Величина ультрафильтрации в ходе диализа зависит не только от качества мембраны, во всех случаях решающим фактором является трансмембранное давление. Поэтому в мониторах стали широко применять датчики давления: степень разрежения по диализату, величина давления на входе и выходе диализатора. Современная техника, использующая компьютеры, позволяет программировать процесс ультрафильтрации. Выходя из диализатора, кровь попадает в вену больного через воздушную ловушку, что позволяет судить на глаз о приблизительной величине кровотока, склонности крови к свертыванию. Для предупреждения воздушной эмболии эти ловушки снабжают воздуховодами, с помощью которых регулируют в них уровень крови. В настоящее время во многих аппаратах на воздушные ловушки надевают ультразвуковые или фотоэлектрические детекторы, которые автоматически перекрывают венозную магистраль при падении в ловушке уровня крови ниже заданного.

Недавно ученые создали приборы, помогающие людям, потерявшим зрение - полностью или частично.

Чудо-очки, например, разработаны в научно-внедренческой производственной фирме «Реабилитация» на основе технологий, использовавшихся ранее лишь в военном деле. Подобно ночному прицелу, прибор действует по принципу инфракрасной локации. Черно-матовые стекла очков на самом деле представляют собой пластины из оргстекла, между которыми заключено миниатюрное локационное устройство. Весь локатор вместе с очковой оправой весит порядка 50 граммов - примерно столько же, сколько и обыкновенные очки. И подбирают их, как и очки для зрячих, строго индивидуально, чтобы было и удобно, и красиво. «Линзы» не только выполняют свои прямые функции, но и прикрывают дефекты глаз. Из двух десятков вариантов каждый может выбрать для себя наиболее подходящий. Пользоваться очками совсем не трудно: надо надеть их и включить питание. Источником энергии для них служит плоский аккумулятор размерами с сигаретную пачку. Здесь же, в блоке, помещается и генератор. Излучаемые им сигналы, натолкнувшись на преграду, возвращаются назад и улавливаются «линзами-приемниками». Принятые импульсы усиливаются, сравниваются с пороговым сигналом, и, если есть преграда, тотчас звучит зуммер - тем громче, чем ближе подошел к ней человек. Дальность действия прибора можно регулировать, используя один из двух диапазонов.

Работы по созданию электронной сетчатки успешно ведутся американскими специалистами НАСА и Главного центра при университете Джона Гопкинса.

На первых порах они постарались помочь людям, у которых еще сохранились кое-какие остатки зрения. «Для них созданы телеочки, - пишут в журнале «Юный техник» С. Григорьев и Е. Рогов, - где вместо линз установлены миниатюрные телеэкраны. Столь же миниатюрные видеокамеры, расположенные на оправе, пересылают в изображение все, что попадает в поле зрения обычного человека. Однако для слабовидящего картина еще и дешифруется с помощью встроенного компьютера. Такой прибор особых чудес не создает и слепых зрячими не делает - считают специалисты, но позволит максимально использовать еще оставшиеся у человека зрительные способности, облегчит ориентацию.

Например, если у человека осталась хотя бы часть сетчатки, компьютер «расщепит» изображение таким образом, чтобы человек мог видеть окружающее хотя бы с помощью сохранившихся периферийных участков.

По оценкам разработчиков, подобные системы помогут примерно 2,5 миллионов людей, страдающих дефектами зрения. Ну а как быть с теми, у кого сетчатка практически полностью утрачена? Для них ученые глазного центра, работающего при университете Дюка (штат Северная Каролина), осваивают операции по вживлению электронной сетчатки. Под кожу имплантируются специальные электроды, которые, будучи соединены с нервами, передают изображение в мозг. Слепой видит картину, состоящую из отдельных светящихся точек, очень похожую на демонстрационное табло, что устанавливают на стадионах, вокзалах и в аэропортах. Изображение на «табло» опять-таки создают миниатюрные телекамеры, укрепленные на очковой оправе».

И, наконец, последнее слово науки на сегодняшний день - попытка методами современной микротехнологии создать новые чувствительные центры на поврежденной сетчатке. Такими операциями занимаются сейчас в Северной Каролине профессор Рост Пропет и его коллеги. Совместно со специалистами НАСА они создали первые образцы субэлектронной сетчатки, которая непосредственно имплантируется в глаз.

Размещено на Allbest.ru