Гори по коліна: як біонічні ноги замінюють справжні

АвторОксана Расулова
15 Серпня 2018
Теги:
Ідеї креатівіті особистість технології

Від моменту виникнення першого протезу в Єгипті і до появи людини на біонічних ногах на сцені TED минуло дві тисячі років. Суцільна дерев’яна кінцівка еволюціонувала до повноцінної частини тіла з електричною шкірою і датчиками замість рецепторів. Як реалізували проект з комплектації людини – розповідає Platfor.ma.

Г’ю Герр

Передісторія. Штат Пенсильванія на північному сході США перетинають гори Аппалачі – місцевість сама спонукає займатися альпінізмом. У 1964 році в містечку Ланкастер, у долині річки Сасквеханна, народився Г’ю Герр. У вісім років він підкорив гору Темпл висотою 3544 метрів, і про нього швидко заговорили як про одного з найбільш перспективних альпіністів Штатів. У 17 років він уже був доволі досвідченим, щоб підкорити серйозні вершини, тож пішов у експедицію на північ США.

Проблема. Під час експедиції альпіністи потрапили в заметіль. Дезорієнтовані Г’ю і його напарник Джеф Батцер провели в заметах під горою Вашингтон три дні. Температура не піднімалася вище -29°C. Коли хлопців знайшли, їхні ноги були на такій стадії обмороження, що їх довелося ампутувати. Джеф Батцер лишився без однієї ноги й пальців іншої. А Г’ю пощастило ще менше – йому, перспективному альпіністу, ампутували обидві ноги аж до колін.

Ідея. Протез як явище не новий, але це завжди було щось чужорідне людському тілу. Справжні ноги дають «зворотній зв’язок»: людина відчуває, що відбувається з її тілом, розрізняє температуру, біль, положення в просторі. Однак класичний протез не дає жодних відчуттів. Г’ю вийшов з лікарні і почав працювати над створенням власних. Спершу це були спеціальні «кішки» для альпінізму, названі так через схожість з котячими пазурами. А потім Герр вирішив, що здатний на більше.

Рішення. Г’ю стає студентом університету Міллерсвіля. За час навчання він запатентував власне кріплення для протезу. Наступний етап – магістратура МIТ. А після її звершення альпініст стає доктором біофізики в Гарварді. Маючи таку освіту, Г’ю почав займатися біонікою на серйозному рівні. Він повертається у МІТ не тільки як викладач, а і як засновник Центру екстремальної біоніки – там намагаються створити «чутливий» протез.

Технологія. Протез Герра не суцільний: він має з’єднання на місці суглобів людини, схожі складові частини, 12 датчиків і акумулятори, які можна заряджати окремо. Сам винахідник каже, що ноги мають три види зв’язку: механічний (поєднання ніг і тіла), динамічний (забезпечує рух) і електричний (забезпечує двостороннє проведення інформації). Кріплення ніг до тіла забезпечує синтетична шкіра, яка має різну жорсткість у різних ділянках залежно від тиску, якого вона зазнає. Загалом завдяки системам контролю нога поводиться так, ніби в ній є м’язи, нерви, сухожилля, суглоби. Керується механізм теж як «справжній» – завдяки силі волі, що мовою фізіології означає нервові імпульси від мозку: електроди на поверхні справжньої ноги фіксують імпульси від скорочення м’язів і трансформують їх в імпульси, що примушують рухатися частини біонічної ноги. Це працює, мов магія: варто подумати про рух – і він відбувається.

Про те, як моделювали біонічні ноги, найкраще розкаже їхній творець.

 

Що далі? Герр каже, що зовсім скоро у людей будуть «запасні» кінцівки, екзоскелети стануть звичною справою, а штучно вирощені нерви якісно змінять відчуття від біонічних ніг.

Наразі вченим незалежно від Герра і МТІ вдалося створити електричну шкіру, що реагує на біль. Рецептори налаштовані на певний рівень тиску, що рівноцінно больовому порогуі – і як тільки «шкіра» фіксує цей рівень, вона посилає у мозок больові сигнали. Випробування проходили на протезі руки, тож сигнал рухався ліктьовим нервом. Рука реагувала, як справжня – людина відсмикувала її. Якщо таку шкіра застосують для біонічного протезу, ми станемо на крок ближче до досконалого майбутнього. Адже «людина не може бути неповноцінною. Неповноцінні тільки наші технології», – запевняє Г’ю Герр.

І йому хочеться вірити.

Найцiкавiше на сайтi

Редагуй як бог: технологія зміни геному CRISPR-Cas9

За цю технологію ведуться патентні війни між корпорацією ІМТ і Каліфорнійським університетом. Білл Гейтс інвестує у стартап, який допоможе завдяки їй змінити людство. Дженіфер Лопес продюсує кримінальний серіал про її розвиток. Знайомтеся: у спецтемі «Ідеї» – CRISPR-Cas9, високоточна система редагування геному.

Передісторія. Уявімо кишкову паличку. У різних штамів цієї бактерії є різна кількість генів, але переважно їх 4200 – зовсім небагато. І з усім цим щастям паличка повинна вижити сама і ще й розмножитися. Зрозуміло, що вона ставиться до свого геному економно й абищо там не триматиме. Але у 1980-х роках під час розшифровування її геному вчені раптом знайшли, здавалося б, беззмістовну послідовність: мало того, що вона складалася з фрагментів ДНК, що повторювалися багато разів, так ще й нічого не кодувала.

Ці послідовності назвали CRISPR – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (короткі паліндромні повтори, регулярно розташовані групами). У різних штамів бактерій ці послідовності відрізнялися. Що вони роблять, ніхто до кінця не розумів, але їх почали застосовувати як маркери: наприклад, компанія з виробництва ензимів і біопродуктів Danisco, щоб запобігти «крадіжці» цінних штамів молочнокислих бактерій для виготовлення закваски.

Прийшли 2000-і і вчені вирішили порівняти CRISPR-послідовності та вже наявні послідовності в ДНК-базах. Виявилося, що CRISPR схожі на геноми вірусів. Відкриття описали у кількох низькорангових журналах і ним ніхто не зацікавився. Тоді ж поруч з CRISPR-послідовностями виявили Cas-гени (Cas – CRISPR associated protein, або CRISPR-асоційований білок).

Група вчених зробила припущення, що білки групи Cas розпізнають вірус завдяки наборам CRISPR-спейсерів (унікальних послідовностей): як тільки РНК з CRISPR збігається з генним матеріалом вірусу, запускається «імунна реакція». Ба більше, у вже згадуваній компанії Danisco провели експеримент: у геном бактерії вбудували нову CRISPR – і вона стала стійкою до вірусу, геном якого повторювала ця CRISPR. Результати опублікували вже не абиде, а в журналі Science.

Проблема. Уся інформація про те, як функціонує наш організм, записана в генах. Літерами A, G, T, C позначають нуклеотиди, з яких складається ДНК. 6,4 млрд нуклеотидів – і навіть однієї помилки достатньо, щоб спричинити генетичне захворювання. Це і синдром Дауна, і серповидноклітинна анемія, і гемофілія, і рак, і ще дуже багато не таких відомих хвороб, спричинених мутаціями, які руйнують життя неймовірній кількості людей.

Ідея. У вчених виникла думка: чому б не боротися з генетичними хворобами, зігравши на випередження – змінюючи ДНК людини ще до народження? Серед групи білків Cas найбільш універсальним виявився Cas9. Для досягнення мети вирішили використати саме поєднання CRISPR і Cas9. І технологія не підвела.

Рішення. Експерименти з CRISPRCas9 успішно проводили на бактеріях та в умовах in vitro («у пробірці»), а у 2013 році технологія вийшла на новий рівень – CRISPRCas9 запрацював у клітинах еукаріотів (організмів, у чиїх клітинах є ядро – як у людей). А ще через два роки сталося те, що здавалося неможливим: китайські вчені опублікували статтю, де описали свій успішний експеримент з редагування геному людського ембріона. Їм вдалося виправити ген, який відповідав за бета-таласемію (синтез аномального гемоглобіну, що спричиняє анемію).

Якби ембріон вирішили розвивати далі, цілком могла б народитися здорова дитина. При цьому точність редагування була дуже низькою, наукова спільнота відреагувала неоднозначно. Але у 2016 році вчені з США звели вірогідність помилки редагування до нуля і всі визнали – тепер ми можемо змінювати геном людини. Це стало найбільшим науковим відкриттям останніх десятиліть. (Ми вже писали про те, які етичні проблеми ставить перед людством це відкриття.)

Технологія. Як працює CRISPRCas9? У живу клітину система потрапляє завдяки «упаковці» з нешкідливих вірусів, що дозволяють проходити крізь мембрани. ДНК людини – дволанцюгова спіраль, що складається нуклеотидів. РНК, що є в CRISPRCas9, називають «гідом» – місце, де має відбутися розрив (усього 20-30 нуклеотидів) вона впізнає завдяки комплементарності. Комплементарність – це здатність одних нуклеотидів (A, G) «впізнавати» інші (T, C) й утворювати з ними специфічні стійкі пари, що не дають «розплутатися» спіралі з двох ланцюгів ДНК.

За допомогою ферменту Cas9 зв’язки «розрізаються» і непотрібний фрагмент вилучається. Розрив відновлюється за рахунок природних процесів репарації ДНК під час поділу клітини (при диплоїдному наборі хромосом, коли в кожної є пара, яка підставить дружнє хромосомне плече допомоги) або ж правильний фрагмент ДНК вносять разом з системою CRISPRCas9 (при гаплоїдному наборі, коли кожна хромосома є тільки в одному екземплярі).

Що далі? Зараз різні системи CRISPRCas9 використовують у найрізноманітніших цілях: для затримки розвитку бокового аміотрофічного склерозу (хвороба, на яку страждав Стівен Хокінг), для лікування міодистрофії Дюшенна, раку, анемії та «очищення» від ВІЛу (елімінація – усунення вірусу з клітини). А завдяки CRISPR-Cas13 (з іншим білком групи Cas) учені навчилися «вимикати» гени.

За допомогою CRISPRCas9 відтворюють фільми, внутрішні органи свиней роблять придатними для трансплантації людині, диференційовані клітини перетворюють на стовбурові. Під дією технології «відредаговані» томати не потребують запилення для розмноження, а мурахи перестають реагувати на інших членів колонії, натомість обираючи самітне існування. Хоча до самого методу є багато запитань з етичної точки зору і називати його панацеєю ще рано, ми точно стали на поріг медичної революції та маємо шанс пересмислити усе людське існування.

Дизайн на допомогу: як в інвалідності знаходиться місце для технологій та краси

Коли йде мова про поліпшення життя людей з інвалідністю, в Україні зазвичай говорять про пандуси, підйомники чи спеціальні ліфти. Натомість у країнах Європи та США є безліч технологій та дизайнерських рішень, які роблять середовище інклюзивним та перетворюють допоміжні засоби на справжні витвори мистецтва. Нещодавно у Google Maps з’явилися спеціальні маршрути, призначені для інвалідів-візочників, Microsoft розробили VR-систему для незрячих, а дизайнери перетворили слухові апарати та протези на стильні аксесуари. Platfor.ma розповідає про інноваційні рішення, які роблять кращим життя людей з особливими потребами.

 

Декоративні накладки для протезів рук і ніг

Дизайнери канадської студії Alleles перетворили протези на модний аксесуар. Ми звикли бачити їх максимально схожими на відсутні кінцівки, а канадські дизайнери одними із перших почали робити і продавати декоративні накладки на протези рук і ніг. Тому себе вони називають митцями, а не протезистами.

«Коли ми запустили студію, то намагалися вирішити проблему стилю. Не кінцівки. У промисловості, насиченій естетикою роботів та незграбними контурами, наші протезові накладки намагаються перетворити щось механічне на щось механічно-шикове. Ми дійсно віримо, що покупка протезного покриття може бути веселою, модною та доступною», – йдеться на сайті компанії.

Протези Alleles – ручної роботи. Вони привертають увагу своєю яскравістю та унікальним красивим силуетом і в такий спосіб допомагають людині з інвалідністю адаптуватися у суспільстві. Модель і фешн-блогер Mama Cax перенесла ампутацію ноги вище коліна і зараз є амбасадором компанії Alleles. «Перший протез, який я отримала, був золотим із мармуровими різьбленням, – розповідає модель. – Пам’ятаю відчуття, що тоді я почала цим пишатися. І з того моменту я відчула зміну у ставленні інших і в тому, як я сама ставлюся до себе. Люди більше не бачили когось, хто намагався щось приховати. Вони бачили когось, хто пишався».

Мішечок для колостом

Випускниця лондонського університету Брунеля Стефані Монті розробила мішок для колостом (штучного отвору в животі людей, яким видалили пряму кишку) як більш привабливу альтернативу традиційним, які виглядають, м’яко кажучи, не дуже естетично.

https://www.dezeen.com/2016/07/25/stephanie-monty-colostomy-bag-intimate-moments-graduate-shows-2016-brunel-university-london/На ідею перетворити медичний атрибут на гламурний аксесуар її наштовхнула боротьба свого родича із хворобою Крона. «Цей прилад дає людям можливість більше відчувати себе у своєму тілі та забезпечує свободу від мішків із стоми», – пояснює дизайнерка.

Гнучкий девайс покривається водонепроникною мембраною, яка створює «натуральне, шкірне відчуття». Тиснення на поверхні може імітувати татуювання чи ажурну білизну, а силікон – підбиратися до кольору шкіри людини.

Пов’язки для ампутованих грудей

Ноелія Моралес пережила рак молочної залози, а потім сама створила нижню білизну для жінок, які втратили одну з них. Перший такий виріб вона зробила сама, дивлячись на себе у дзеркало. Жінка просто розрізала бюстгальтер і притулила те, що від нього залишилося, наче піратську пов’язку.

«Це був вражаючий момент. Я зрозуміла, що знову відчула себе вільною і розкутою, моєму партнеру це теж сподобалося», – згадує Ноелія.

Тому вона вирішила перетворити це в цілий проект, щоб допомогти іншим жінкам з подібною проблемою знову відчути себе впевненими в собі та сексуальними. Також білизна, яку на честь відомої піратки назвали Anna Bonny, має на меті допомогти змінити ставлення суспільства до раку молочної залози, жіночності та краси.

«Це простий одяг, який допомагає мастектомізованим жінкам спокійно сприйняти те, як виглядає їх нове тіло, отримати впевненість і нормалізувати життя з однією молочною залозою. Це прикраса, свято прийняття, нова опція після мастектомії. Дехто каже, що це дуже сексуально», –  так описують цю білизну на сайті.

Унікальні пов’язки Anna Bonny виготовляють вручну, є варіанти зі стразами і пляжні монокіні. Сьогодні їх можна замовити з будь-якого куточка світу.

Екзоскелет для паралізованих

Перший механізм, який повторював біомеханіку людини, розробили у США ще в 60-х роках, проте тоді він був абсолютно незручним, бо важив 680 кг.

Справжню революцію у реабілітації паралізованих людей вчинив екзоскелет від компанії ReWalk. Він забезпечує рух стегна та коліна, щоб люди, які отримали травму спинного мозку, могли стояти та ходити.

Система ReWalk Rehabilitation призначена для використання в клініках, а ReWalk Personal System – самостійно вдома. Сертифіковані тренінгові центри ReWalk розташовані у США, Європі, Канаді, Ізраїлі, Азії, Австралії та Новій Зеландії.

Кому потрібна та Нобелівська премія: уривок з книги «Та ви жартуєте, містере Фейнман!»

АвторPlatfor.ma
19 Березня 2018

У видавництві «Наш формат» вийшов бестселер «Та ви жартуєте, містере Фейнман!» – збірка дотепних автобіографічних історій з життя відомого фізика Річарда Фейнмана. У ній Нобелівський лауреат і один із творців квантової електродинаміки грає на бонго, зламує сейфи, втрачає і знову знаходить любов до фізики та робить ще багато чого незвичайного. Platfor.ma публікує уривок про те, як Нобелівська премія знайшла вченого – навіть попри його спротив.

Мій друг Мет Сендс колись збирався написати книжку під назвою «Ще одна помилка Альфреда Нобеля».

Довгий час я стежив за тим, кому дають Нобелівську премію, але з роками навіть перестав помічати, що настав «нобелівський тиждень». Тому й уявити не міг, що мене піднімуть телефонним дзвінком о четвертій ранку:

— Професор Фейнман?

— Що таке?! Я ще сплю!

— Вам присуджено Нобелівську премію. Я подумав, вам буде приємно про це дізнатися.

— Так, але я сплю! Подзвонили б уранці, — і поклав трубку.

Дружина питає:

— Хто там?

— Кажуть, я отримав Нобелівську премію.

— Та ну тебе, Річарде, хто дзвонив? — моя розумна дружина вже звикла до розіграшів і знає, що не треба вестися, але цього разу я її підловив.

Знову телефонний дзвінок:

— Професоре Фейнман, ви чули, що…

(Незадоволеним голосом). Так.

Тоді я почав думати: як би все це припинити? Навіщо мені ця морока? Першим ділом я зняв телефонну трубку з апарата, бо дзвінки йшли один за одним. Спробував заснути, але не зміг.

Спустився в кабінет, щоб зібратися з думками: що робити? Може, відмовитися від премії? Що тоді? А раптом це неможливо? Поклав трубку на місце — і одразу задзеленчав телефон. Дзвонив журналіст із журналу «Тайм». Я сказав йому:

— Слухайте, у мене проблема: я не хочу, щоб ви про це писали. Я не знаю, що з усім цим робити. Може, є варіант не брати премію?

— Боюся, сер, що відмова від премії здійме ще більше галасу, ніж вручення. Краще лишити все як є, — сказав він.

Це і так було ясно. Ми поговорили хвилин п’ятнадцять- двадцять (і хлопець з «Тайму» не опублікував ані слова з нашої розмови).

Я подякував йому і поклав трубку. Телефон одразу задзеленчав знову: цього разу дзвонили з газети.

— Так, ви можете прийти до мене додому. Так, усе в порядку. Так. Так. Так.

Дзвонили зі шведського консульства. Вони хотіли влаштувати прийняття на мою честь у Лос-Анджелесі.

Я подумав, що раз вирішив прийняти премію, то мушу пройти ці кола пекла.

Это как вообще: жить с эпилепсией

7 Квітня 2015

Мы продолжаем на Platfor.ma рубрику, в рамках которой выясняем, как разнообразные события и процессы выглядят изнутри. На этот раз у нас непростая тема – подруга эпилептика рассказала нам о том, как это – жить с человеком, у которого в любой момент может начаться приступ, и как можно помочь больным.

Это началось несколько лет назад. Я ложилась спать, мой парень (я буду называть его N) уже полчаса как дремал, я лежала в темноте рядом и читала соцсети, когда он вдруг очень странно и страшно взвыл, как от сильной боли – и стал трястись.  Я подумала, что ему приснилось что-то страшное, обняла, но он никак не отреагировал и продолжал трястись. Я бросилась к выключателю, сразу закричала — N лежал на полу без сознания. Его глаза закатились, он не дышал, лицо было почти синего цвета, изо рта шла розовая пена. Все выглядело как предсмертная агония — по телу конвульсии, сначала сильные, потом все слабее, потом он затих и, как мне тогда показалось, умер.

Руки и ноги были неестественно вывернуты. Помню, что гладила его, уговаривала дышать, кричала по телефону скорой, что мой парень умирает. Наверное, секунд через 20-30 он начал шумно, редко дышать и стонать, с хрипом, все еще находясь без сознания. Мускулатура лица, видимо, была еще парализована, потому что он дышал не как человек, а как лошади – с трепетанием губ, ноздрей, никогда не видела такого на человеческом лице. Дикое зрелище – тело есть, а черт личности знакомого тебе человека в нем нет, просто еле живой организм в беспамятстве.

Приехала скорая, к этому времени N начал приходить в себя: кривился от боли, не узнавал меня, пытался встать, но тело его не слушалось. Пытался говорить, но не мог — язык был прикушен, все буквы в словах перепутаны, в глазах  непонимание, боль и ужас. Я просто рыдала, успокаивала его и приговаривала что-то глупое. Врачи открыли окно, сделали укол (пришлось уговаривать и держать за руки), спросили, кем N работает и есть ли у нас дети. Спустя какое-то время N полностью открыл глаза, испуганно посмотрел на всех нас и спросил, почему здесь эти люди и что случилось. Постепенно он вспомнил, кто я, кто я ему, какое время года, где мы, а через час полностью пришел в себя.

Обычно после единичного приступа диагноз эпилепсия не ставят – он может случиться и у здорового человека. До 10% людей могут испытать припадок.

Но это, к сожалению, не наш случай, потому что приступы повторяются. И теперь не только ночью.

Форм эпилепсий множество, и они очень разные — все почему-то знают только про фоточувствительную, когда приступ может возникнуть от мелькающих пятен. Но мы, например, спокойно смотрим кино. К тому же N не реагирует приступом на мигающую наружную рекламу, во всяком случае пока. У кого-то эпилептические приступы случаются от определенного запаха, у кого-то они только ночные или дневные, у кого-то – с тонико-клоническими приступами, кто-то просто замирает посреди разговора, кто-то живет без приступов год-два, а кто-то испытывает такое каждую неделю.

Нам еще «повезло», что N не работает водителем, диспетчером или, скажем, высотником, поэтому особенных  профессиональных ограничений у него нет. Пока что мы живем как все другие пары. Большинство наших друзей и знакомых не подозревают, что N — эпилептик. Просто проводим больше времени вместе и, конечно, у нас определенные правила. Мне пришлось сесть за руль, а N водит только днем (у нас пока только ночные и вечерние приступы) и только когда болезнь не дает о себе знать несколько месяцев.

Жизнь с эпилепсией – это в первую очередь, никакого алкоголя и как можно меньше раздражающих факторов. Мы еще только ищем для N правильное лечение, поэтому главное — режим: у N восьмичасовой сон, никаких вечеринок до утра и ковры на полу для смягчения удара. Я смотрю только на мебель и предметы с закругленными краями.  Еще у нас регулярное МРТ, никаких замков на ванной и туалете, а в последнее время я очень хочу купить плиту с таймером и поставить датчик дыма. N пришлось проститься с мечтой о мотоцикле. Мы договорились, что N ложится спать, как только чувствует что-то не то, что он не принимает ванну в одиночестве, чтобы не захлебнуться, не гладит одежду сам, чтобы внезапно не выронить утюг, не спит на верхней полке, не просится подержать стремянку, не работает с электроинструментами сам, разогревает еду в микроволновке и еще многое в таком роде.