Биоинженерия отменяет старость

Биоинженерия уже позволяет людям решать задачи, которые век назад казались неразрешимыми. Боле того, наши предки могли бы подумать о волшебстве, или даже о колдовстве, увидев возможности современной науки.

Ведь, по сути, биоинженерия позволила человечеству начать контролировать собственное развитие, собственную эволюцию и, возможно, собственную старость и смерть. Что такое — биоинженерия, как она развивалась, на что способна сегодня и что готовит человечеству в будущем. Поговорим обо всем в статье.

Что такое биоинженерия

 Биоинженерия, или биологическая инженерия — это направление науки и техники, которое использует инженерные принципы в биологии.

Биоинженерия лежит на стыке таких наук, как:

• биология,
• медицина,
• биофизика,
• генная инженерия,
• компьютерные технологии.

Люди часто путают биоинженерию и генную инженерию. Но  ставить знак равенства между этими научными направлениями неправильно. Ведь генная инженерия является частью биоинженерии, которая занимается не только изучением ДНК организма, но рассматривает комплексное взаимодействие различных междисциплинарных разработок.

О том, как генная инженерия помогает решить проблему наследственных болезней, читайте в статье «Болезни по наследству»

На самом деле биоинженерия только кажется фантастической наукой. Ведь она давно присутствует в нашей жизни. И мы уже не воспринимаем как что-то необыкновенное кардиостимуляторы, почечный диализ или аппараты МРТ. 

Наиболее важной целью биоинженерии является анализ и решение проблем, связанных со здоровьем человека. Однако это не единственная задача этого научного направления. Например, в биоинженерии есть подразделение, которое называется биомиметика. Это направление пытается найти пути использования устройства живых организмов в качестве моделей для создания машин или материалов. 

История возникновения биоинженерии

Впервые термин «биоинженерия» был использован британским ученым  Хайнцем Вульфом в 1954 году  для описания использования растений в строительстве. 

Позже этот термин начали использовать в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. И так продолжалось до 70-х годов XX века. Когда ученые начали использовать термин биоинженерия при проведении опытов по выращиванию живых организмов в пробирках, или в экспериментах с ДНК. Впервые программа биоинженерии была запущена в Университете штата Миссисипи в США в 1967 году. Позже аналогичные программы были созданы в Массачусетском технологическом институте. А также в Университете в штате Юта.

Создание тканей и органов

В биоинженерии существует несколько направлений. Среди них:

• биомедицинская инженерия,
• молекулярное моделирование, 
• биоинформатика
• генная инженерия,
• сельскохозяйственное и фармацевтическое направления,
• и другие.

Как видно, биоинженерия решает вопросы в различных сферах человеческой жизни.  От изменения генома до экологичной утилизации отходов. 

Однако, безусловно, наиболее захватывающим кажется направление биоинженерии, которое занимается созданием искусственных человеческих органов. 

Сегодня на базе стволовых клеток ученые способны вырастить в лабораторных условиях практически любой человеческий орган — от кожи, хрящей до печени, сердца и поджелудочной железы. 

Первый шаг в этом направлении был сделан в  2015 году. Тогда ученым удалось впервые в истории создать искусственную лапку крысы. В ней все было, как в настоящей конечности — мускулы, реагирующие на сигналы, поступающие от нерва, суставы и сосуды. Этот опыт доказал, что в самом ближайшем будущем люди научатся создавать биопротезы. А может быть и биороботов.  

Биоинженерия в трансплантологии

После того, как был сделан первый шаг в выращивании искусственных тканей и органов, ученые начали активно развивать это направление. Используя различные стволовые клетки, они научились выращивать части тела и ткани. 

Кожа и хрящи

В 2016 году австралийские биоинженеры и хирурги создали устройство для трехмерной биопечати, создающее хрящевые импланты. В том же году испанским ученым удалось создать новый 3D-принтер, на котором они напечатали кожу. Она полностью идентична человеческой коже. Это открытие позволяет проводить операции по пересадке кожи после обширных повреждений или ожогов.

Биоинженерия уже используется в современной трансплантологии. Так, в 2017 году в Китае была проведена операция по пересадке детям с врожденными дефектами искусственных ушей, напечатанных на 3D-принтере. 

Внутренние органы

Активно ведется работа и по созданию внутренних органов человека. Так, в 2018 году ученые из университета в Цинциннати создали из стволовых клеток минижелудок. Он полностью идентичен настоящему. А также кишечник, который успешно функционирует и переваривает пищу. 

Настоящий фурор произвело достижение исследователей из университета в Тель-Авиве. Они в 2019 году смогли напечатать на 3D-принтере искусственное сердце, используя клетки пациента.

Нейробиология

Однако настоящая битва идет в нейробиологии. Ученые долгое время пытались создать функционирующий мозг. Конечно, речь пока не идет о человеческом мозге. Однако ученым уже удалось продвинуться достаточно далеко в этом направлении. 

В частности, известный японский биоинженер Есики Сасаи в 2013 году смог воспроизвести начальные этапы роста коры головного мозга. А так же развития гипофиза зародыша.

А в 2017 году ученые из Университета Альберты придумали метод «сварки» нейронов с помощью лазера. Это сделало возможном трансплантацию отдельных поврежденный участков мозга. 

В 2018 году учеными из Университета Джонса Хопкинса был создан минимозг. Он используется для изучения болезней, а также для определения последствий воздействия лекарств.

И, наконец, в 2019 году Ненад Сестан, нейробиолог и биоинженер из Сербии создал систему, восстанавливающую некоторые функции мозга животных после их биологической смерти.

Что сможет предложить биоинженерия в будущем?

Уже даны обоснованные прогнозы, согласно которым массовое использование выращенных или напечатанных на 3D-принтере органов начнется после 2030 года.  

Люди смогут печатать полноценные органы, снабженные кровеносной системой или мышцами из собственных стволовых клеток. То есть по сути, новые органы будут создаваться из организма самого человека. Так, например, ожидается, что до 90 % населения Японии сможет рассчитывать на пересадку органов уже в 2023 году. 

Скорее всего, в совсем недалеком будущем «ремонт» генетически поврежденных тканей и органов будет производиться в результате несложных операций. 

Иначе говоря, биоинженерия сможет исправлять генетические ошибки человеческого организма. Возвращать ему утраченные органы или заменять больные, делать людей молодыми и красивыми до самой старости.

И, кстати, о старости. Вопрос о ее наступлении уже не кажется таким однозначным. Ведь биоинженерия готова не только создавать органы, но и предлагать замену. Например, создавать более долговечные и функциональные ткани, из которых состоит организм человека.