1) Послойное выращивание органов и тканей
Японскими учёными в 2013 году решена ключевая проблема в выращивании органов - они научились запускать кровообращение в выращиваемой в лабораторных условиях ткани. Дело в том, что для формирования кровеносной системы из исходных клеток нужен как минимум день. А остальные клетки выращиваемого органа за это время умирают от недостатка кислорода и питательных веществ. Поэтому отсутствие такого способа представляло главную проблему в создании глубоких культур клеток (толщина стенок сердца - до сантиметра, печени - до десяти сантиметров). Сейчас наконец-то дан зелёный свет полномасштабным исследованиям в области выращивания органов. Когда мы научимся выращивать сердце и сосуды, а также стенки кишечника и желудка, то уже избавимся от 70% случаев смерти, вызванных ишемической болезнью сердца, инфарктами, инсультами, раком желудка и кишечника.
Подробнее:
2) Имитация онтогенеза
Создаётся зачаток органа (он маленький, и выращивать его уже умеют), а затем поддерживаются необходимые граничные условия - такие, которые у него имеются в естественном онтогенезе (а возможно, лучше - чтобы ускорить рост). Зачатки создавать уже умеют, вот например статья о печени:
3) Выращивание органов человека в свиньях
Лаборатории Hiromitsu Nakauchi удалось вырастить крысиные органы в мышке, и наоборот (
По результатам этого эксперимента он
4) Ацеребральный клон
Есть такие редкие мутации, при которых головной мозг не развивается. Возможно создать собственного клона с такой мутацией, а потом пересадить органы из него себе. Можно напротив, пересадить свой головной мозг в такого клона. Отсутствие головного мозга у клона снимает все этические проблемы. Это пожалуй самый не затратный способ, и возможно он уже используется олигархами. Однако, нам-то от этого не легче.
5) Искусственные органы
Всё кроме мозга можно научиться заменять на искусственные компоненты, управление которыми будет производиться через нервно-электронное сочленение. Достаточно научиться снимать активность миллиона моторных волокон и правильно возбуждать миллион сенсорных волокон в спинном мозге. Пока что нельзя точно передать нужный сигнал на каждый аксон нерва, иначе медики уже умели бы восстанавливать зрение больным с повреждённой сетчаткой. Имеющиеся технологии позволяют подавать на зрительный нерв, состоящий из миллиона волокон, информацию с разрешением всего лишь порядка 30*30 пикселей, вместо нужных 1000*1000. В этом месте идёт быстрый прогресс, но в случае со спинным мозгом есть ещё один способ решения проблемы: мы можем заранее соединить каждый нейрон с электроникой (это элементарно, если по отдельности), а затем направить рост аксонов этих нейронов в нужную нам сторону, пропустив их всех через "бутылочное горлышко", чтобы они образовали компактный нерв.
Общие замечания
Вообще, выращивать или заменять можно будет всё кроме мозга, но он почти не болеет раком, а Альцгеймер и так уже почти побеждён (
II) Генная инженерия:
В 2013 году найдено решение ключевой проблемы редактирования геномов в большинстве клеток данного взрослого организма. Доставка генетического материала в клетки осуществляется вирусами, но каждый вид вирусов имеет свои недостатки. До появления системы Cas9 было два варианта - либо встраивать небольшие гены в строго определённые места ДНК (на 19 хромосоме, ~4тыс. пар оснований для вируса AAV), либо использовать ампликоны на основе вируса герпеса и доставлять в клетку какой угодно длины гены, но не встраивая их в геном, а оставляя в виде отдельной кольцевой ДНК (плазмиды) внутри клетки, а это недолговечное решение - такую ДНК клетка довольно скоро найдёт и уничтожит. Подробности смотрите
Теперь наконец-то есть такая система, которую можно внедрить в клетку с плазмиды, а она сама уже встроится внутрь генома, причём в заданных учёными местах. Эта система называется Cas9 (или CRISPR), почитать про неё можно здесь:
Методами генной инженерии (редактирования генома большинства клеток взрослого организма) можно будет легко обращать процессы старения, а также лечить людей от большинства известных заболеваний.
В частности, предварительное редактирование генома для выращиваемых органов позволит сильно уменьшить скорость их старения, в частности сделав их устойчивыми к старящему воздействию остальных тканей и органов организма.
О главных способах применения генной инженерии читайте в книге
Также, многие лаборатории (см.
III) Искусственный интеллект:
1) Появляется необходимая вычислительная мощность:
К концу 2014 года у европейского проекта "Human Brain Project" появится компьютер производительностью 100 петафлопс, и они начнут на нём моделировать мозг человека. Учтите, что всего лишь 0,08 петафлопс было вполне достаточно IBM Watson, чтобы победить человеческих чемпионов мира в игре-викторине "Jeopardy" (народе "Умники и умницы"). В мозге 2*10^10 нейронов, у каждого нейрона 10^4 синапсов, каждый нейрон срабатывает ~5 раз в секунду => 10^15 операций над синапсами в секунду. Вопрос конечно в том, сколько флопс нужно на одну операцию над синапсом (нейронов гораздо меньше, поэтому операции над ними вносят малый вклад в общие требования к вычислительной мощности). Представляется вполне возможным, что потребуется менее 100 флопс на моделирование операции над синапсом, а тогда 100 петафлопс хватит. Впрочем, можно ведь моделировать и в замедленном режиме 1:10 или 1:100, а по мнению IBM, Intel и RIKEN, к 2020г будет создан экзафлопсный компьютер
2) Появляется знание устройства коры мозга у животных и человека:
В ближайшее время будет получен полный коннектом мыши - статья Anthony Zador
* (см.стр.8 статьи) если осуществить либо: а) автоматическую систему разрезания ткани для метода FIB-SEM (в котором вместо алмазного ножа используется пучок ионов галлия),либо: б) полную автоматизацию стыковки в 3D изображений, полученных другими методами электронной микроскопии (нпр, SBEM или ATLUM) и кроме этого, ещё появление сканирующей электронной микроскопии с несколькими пучками (multi-beam SEM) по цене, сопоставимой с современными однопучковыми SEM, то потратив три года и ~200 млн долларов, можно будет узнать коннектом мыши.
Высока вероятность, что в ближайшие 5-10 лет будет создан ИИ уровня гениального человека.
Во-первых, он сможет создавать бекапы удачных конфигураций. Что это значит: например, студент выучил перед экзаменом квантовую химию, и может решить задачку за 15 минут. Через полгода он ту же задачку решит за 5 часов, если вообще решит. ИИ просто сохранит предэкзаменационную конфигурацию своего мозга, и через полгода при предъявлении этой задачки спокойно активирует её и решит задачку за те же 15 минут.
Во-вторых, однажды обучив созданный ИИ знаниям и умениям профессора биотеха, простым копированием мы получим хоть сто тысяч таких профессоров. И не надо думать, что ему потребуется много времени, чтобы стать профессором: IBM Watson всего за несколько месяцев научился ставить диагнозы пациентам с точностью самых лучших мировых специалистов:
В-третьих, у него будет встроенный доступ к интернету, встроенные мощные математические инструменты, феноменальная работоспособность и концентрация на выполнении поставленных задач... в общем, соединение алгоритмов работы мозга с обычными компьютерными алгоритмами даст ИИ не просто уровня человека, а уровня поистине Гениального человека. Это в десятки раз ускорит прогресс в биотехнологиях и других областях науки, промышленности и сельского хозяйства.