Антистарение

Первичной причиной старения является повреждение молекул клетки: тепловое, радиационное и побочными продуктами биохимических реакций. В процессе эволюции выработались разнообразные механизмы противодействия старению, действующие как на молекулярном, так и на более высоких- клеточном, тканевом - уровнях.

Однако эти механизмы не являются стопроцентно эффективными, и постепенное накопление молекулярных повреждений приводит к ухудшению функционирования клеток, их гибели, что вызывает катастрофическое нарушение регуляций функций организма, появление системных "болезней старения" (большинство форм рака, атеросклероз, гипертония, сахарный диабет), ослабление сопротивляемости вредным воздействиям; все это с неизбежностью ведет к гибели организма.

Недостаточная эффективность естественного антистарения объясняется тем, что эволюция действует методом проб и ошибок, то есть нужное приспособление не появляется сразу и в законченном, совершенном виде. В принципе, можно представить, что практически нестареющий организм мог бы появиться. Но эволюционный "поиск" долгоживущих организмов и закрепление его результатов возможны только в том случае, если такой организм будет иметь эволюционные преимущества, выражающиеся в высокой выживаемости и увеличении численности вида (иначе случайно "найденный" признак "потеряется" в следующих поколениях).

Впрочем, для благополучия вида вполне достаточно, чтобы отдельный организм мог достичь репродуктивного возраста и оставить потомство, а что будет с организмом дальше, для вида не имеет значения (или имеет пренебрежительно малое значение).

В наиболее общей постановке проблема применения НТ в медицине заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, то есть осуществлять "молекулярную хирургию". Это могут быть такие операции, как узнавание определенных фрагментов молекул и клеток, разрыв или соединение частей молекул, добавление или удаление молекулярных фрагментов, полная разборка и сборка молекул и клеточных структур по определенной программе. Хотя они и осуществляются обычными, естественными молекулами белка, набор функций последних недостаточен для обеспечения бессмертия клетки и всего организма. Задача, таким образом, состоит в придании клетке этих недостающих функций, в "разумном" управлении ее работой.

Устройства для молекулярной хирургии обычно называют молекулярными роботами (МР). Они являются аналогами более общего НТ-устройства. МР могут создаваться на основе биологических макромолекул (в основном, белков).

Такой подход называют молекулярной нанотехнологией. Главная проблема его реализации состоит в проектировании МР. Основный элемент такого проектирования - моделирование молекул. Хотя его алгоритмы известны, большой размер молекул делает расчеты очень трудоемкими. Сейчас подобные расчеты возможны только для анализа небольших модификаций в существующих молекулах.

По прогнозам, компьютеры достигнут мощности, необходимой для приемлемой скорости моделирования молекул, к 2010 году, то есть молекулярная НТ может быть реализована через 15-20 лет. С учетом необходимости разработки конкретных типов МР и проведения дополнительных биологических исследований, можно ожидать, что описанные ниже возможности будут доступны во второй четверти XXI века.

Другой подход к созданию молекулярных роботов заключается в изготовлении их из кристаллических материалов на основе углерода, кремния или металлов. Его реализация связана с прогрессом в миниатюризации существующих твердотельных технологий (травление, напыление, выращивание кристаллов).

Принципы их работы будут состоять в механическом воздействии на клеточные структуры или в создании локальных электромагнитных полей для детекции и инициирования химических изменений в биологических молекулах. Прогнозы здесь делать труднее, так как ключевые технологические процессы, необходимые для достижения наноразмеров, еще находятся на ранних этапах разработки.

Перспективным представляется использование магнитного поля, поскольку биологические ткани для него прозрачны. Магнитное поле может изменять структуру МР, заряжая его энергией и сообщая информацию, а для сообщения информации управляющему компьютеру МР может сам изменять свою структуру, что будет зарегистрировано датчиками, расположенными вне тела человека.

Аналогом такого подхода является томография на основе ядерного магнитного резонанса - метод, который сейчас широко используется для получения трехмерных изображений внутренних органов в реальном времени.

Что могут сделать МР? Прежде всего, будут осуществлять репарацию ("ремонт") клетки - исправлять повреждения ее структуры: разрезать молекулярные сшивки в липидных мембранах и белках (что является причиной ухудшения их функционирования), удалять накапливающиеся вредные продукты обмена, корректировать повреждения в генетическом материале клетки (где даже единичное нарушение в критическом месте может привести к возникновению рака).

МР, внедренные (так же, как это делают вирусы) в клетку и выполняющие подобные операции, приведут в конечном счете к омоложению организма. Более того, МР могут повысить степень защиты клетки, не допуская возникновения молекулярных повреждений, что будет означать нестарение клетки.

Например, они могут инактивировать ускользнувшие от естественных защитных систем свободные радикалы, которые являются побочным продуктом многих биохимических реакций и служат одной из основных причин молекулярных повреждений. Также МР могут участвовать в перепроектировке генома клетки - в изменении генов или добавлении новых для усовершенствования функций клетки.

Вполне возможно, что в конечном счете после такого усовершенствования для обеспечения "вечной молодости" МР уже не будут нужны, или они будут производиться самой клеткой.

(Продолжение следует)

Источник: https://offline.computerra.ru