Cyborg, czyli połączenie człowieka z maszyną, to jeszcze do niedawna domena science-fiction. „Robocop” przed kinowe ekrany przyciągał tłumy zafascynowanych widzów, ale myśl o tym, że podobny twór mógłby rzeczywiście chodzić po ulicach – budziła grozę. Dziś bioniczne protezy powoli zaczynają wkraczać do powszechnego użytku, a mariaż nowoczesnych technologii z dokonaniami „Matki Natury” pozwala wielu osobom z nadzieją spoglądać w przyszłość.

Projekt „Eyeborg”

Rob Spence jest kanadyjskim reżyserem telewizyjnym. Pracował między innymi dla Discovery, CBC, Vision i Space TV. W wieku 13. lat w wyniku nieszczęśliwego wypadku z bronią stracił jedno oko. Od tego czasu nosił protezę, która jednak spełniała funkcję wyłącznie estetyczną. Co może przyjść do głowy pozbawionemu oka dokumentaliście, który zafascynowany jest możliwościami współczesnej technologii i cyberpunkowymi wizjami Williama Gibsona? Tak właśnie narodził się projekt „Eyeborg”.

„Weź jednookiego filmowca, bezrobotnego inżyniera oraz wizję czegoś, co nigdy wcześniej nie zostało zrobione” – czytamy na stronie internetowej eyeborgproject.com

W nowej protezie gałki ocznej Rob Spence ma do dyspozycji miniaturową bezprzewodową kamerę. Dzięki temu w każdej chwili może rejestrować obraz otaczającej go rzeczywistości z dokładniej takiej samej perspektywy, z jakiej widzi go człowiek o zdrowym wzroku. Dość niesamowitego wrażenia dopełnia mrugająca od czasu do czasu w sztucznym oku dioda. Jak sam Spence podkreśla – ludzie często po prostu się go boją. Kojarzący się nieco z „Terminatorem” wizerunek staje się rzeczywistością.

Projekt „Eyeborg” jest jednak jedynie zapowiedzą tego, co dziś potrafią zdziałać naukowcy. Kamera w oku reżysera nie jest w żaden sposób podłączona do organizmu, nie pomoże mu więc odzyskać wzroku. Cała inicjatywa spełnia natomiast inną niezwykle ważną rolę – w bardzo medialny i skuteczny sposób zwraca uwagę na problemy osób pozbawionych niektórych części ciała. O tym między innymi opowiada niezwykły dokument nakręcony przez kanadyjskiego „Eyeborg’a”

Przeszczep? To nie takie proste.

Współczesna transplantologia boryka się z dwoma bardzo poważnymi problemami. Pierwszym z nich – o czysto medycznym znaczeniu – jest konieczność uzyskania zgodności pomiędzy organizmem gospodarza, a przeszczepianą tkanką. Oczywiście szerokie spektrum odpowiednich badań i analiz prowadzonych przed dokonaniem przeszczepu minimalizuje ryzyko powikłań, ale i tak bez stałego stosowania odpowiednich leków immunopresyjnych pacjent ma niewielkie szanse na przeżycie. Dzięki kolejnym osiągnięciom nowoczesnej farmacji szansa na przyjęcie przeszczepu stale rośnie, jednak wciąż często zdarza się, że agresywna reakcja układu odpornościowego doprowadza do śmierci obcego narządu. Bywa również tak, że rolę agresora przejmuje organ w założeniu mający ratować życie.

Drugim – tym razem obejmującym również zjawiska społeczne – problemem, jest fakt, że w zasadzie nie ma możliwości, aby „podaż zaspokoiła popyt”. Oznacza to, że zapotrzebowanie na organy przeznaczone do przeszczepu jest olbrzymie i w praktyce – nie da się go w całości pokryć. Według danych Poltransplantu w styczniu 2012 roku w kolejce na transplantację oczekiwały ogółem 2094 osoby. W tym samym miesiącu dokonano zaledwie 112 przeszczepów od zmarłych dawców! Te dane wprawdzie są jedynie orientacyjne i nie obejmują przeszczepów – na przykład szpiku lub nerek – pochodzących od osób żyjących, ale skala problemu wciąż pozostaje olbrzymia.

W Polsce zgodnie z prawem wymagane jest zgłoszenie sprzeciwu wobec pobrania narządów. Jeśli dana osoba przed śmiercią tego nie uczyniła – lekarze teoretycznie mogą pobrać niezbędne organy bez pytania kogokolwiek o zgodę. W rzeczywistości odbywa się to jednak nieco inaczej. Ze względów głównie moralnych i etycznych – prosi się o zgodę najbliższą rodzinę. Gdy ta odmówi – narządów się nie pobiera. Można wprawdzie sporządzić tak zwane „oświadczenie woli” (należy nosić je cały czas przy sobie) i jest ono traktowane jako ważniejsze od zdania krewnych, jednak faktycznie niewiele osób w ogóle zdaje sobie sprawę z takiej możliwości. A znacznie mniej z niej korzysta. Równolegle funkcjonuje również tzw. znak „sumus erimus” – symbol oznaczający zgodę na pobranie narządów, mogący przybrać formę na przykład tatuażu. Ta inicjatywa jest jednak jeszcze bardziej niszowa.

W takiej sytuacji naukowcy zmuszeni są do poszukiwania alternatywnych metod zapewnienia organów do transplantacji. Tematem zajmują się zarówno genetycy, biotechnolodzy, jak i… inżynierowie. W ostatnich latach przedstawiciele wszystkich tych branż coraz ściślej ze sobą współpracują.

Bajki robotów

Stanisław Lem już w 1965 roku opisał światy zamieszkane przez roboty. Zbiór opowiadań pod wspólnym tytułem „Bajki robotów” należy już do klasyki światowej literatury. Lem przewidział zresztą – jak twierdzą niektórzy – „prawie wszystko”. Rok wcześniej w powieści „Niezwyciężony” ten wielki polski pisarz, fantasta i futurolog opisał wizję „inteligentnego kurzu”, chmury złożonej z niezliczonych mikrorobotów – wyspecjalizowanych i wyposażonych w niezwykle czułe sensory. W 1958 „Eden” przyniósł ze sobą rozważania etyczne i filozoficzne dotyczące wykorzystania przez ludzkość technologii klonowania i szeroko pojętej inżynierii genetycznej. Wszystkie te rzeczy Lem przewidział pół wieku temu. Nie mógł wtedy wiedzieć na ile realne są opisywane przez niego wizje. Dziś większość z nich stała się rzeczywistością.

I to właśnie one stanowią największą nadzieję współczesnej medycyny, a w tym transplantologii. Dzięki połączeniu informatyki, robotyki i elektroniki może w końcu stać się realne zaspokojenie potrzeb transplantologicznych. Nanotechnologia i inżynieria genetyczna natomiast sprawią, że do przeszłości odejdzie problem zachowania równowagi w układzie „dawca – biorca”.

Komandor Data i atak Borga

Równie futurystycznych, za to zdecydowanie bardziej widowiskowych przepowiedni dostarcza – mniej lub bardziej świadomie – współczesne kino z gatunku science-fiction. Jedną z najważniejszych w tym kontekście pozycji jest – kultowa już - seria „Star Trek”. Okazuje się, że wiele technologii, które podczas jej powstawania wydawały się wyłącznie czystą fantazją – dziś już funkcjonuje w naszym codziennym życiu. Wiele innych natomiast dostarcza do dziś potężnej dawki inspiracji naukowców.

Dwa najsilniej rozpoznawalne symbole „star-trek’owej” rzeczywistości, to oczywiście „tricoder” i komandor Data. „Tricoder” jest niewielkim skanerem medycznym, mieszczącym się w dłoni, który potrafi w czasie rzeczywistym zdiagnozować niemal wszystkie znane (i nieznane!) choroby oraz wskazać sposób ich leczenia. Takie urządzenia – wprawdzie o ograniczonej funkcjonalności, ale jednak – zaczynają już powstawać. Co więcej – w niewielkim stopniu ich rolę mogą pełnić po niewielkich przeróbkach nawet popularne smartphone’y!.

Komandor Data natomiast to… robot. Konkretnie – android, czyli człekokształtna maszyna o inteligencji zawstydzającej wielu ludzi. Z fizycznego punktu widzenia – Data potrafi odczuwać bodźce (na przykład bólowe, czy zapachowe) tak samo, jak człowiek. Przewyższa go natomiast siłą mięśni, nie jest podatny na choroby, oraz – oczywiście – nie starzeje się.

Cechy, w które scenarzyści filmowi wyposażyli androida, od lat rozpalają wyobraźnię konstruktorów wszelkiego rodzaju protez. Bioniczne zastępniki oczu zdolne do widzenia także w podczerwieni lub ultrafiolecie? Precyzyjna, niezawodna i bardzo silna mechaniczna dłoń? Nogi, które się nie męczą i są zdolne do uniesienia znacznie większego ciężaru, niż nogi przeciętnego zdrowego człowieka?

Prace nad wszystkimi tymi wynalazkami są już bardzo zaawansowane. Duża część z nich jest w tej chwili na etapie testów  - także klinicznych. Wygląda więc na to, że żyjemy w czasach, w których wizje rodem ze świata fantastyki naukowej, zaczynają stawać się realne.

W świecie „Star Trek” pojawia się również rasa o nazwie Borg. To hybrydy – cyborgi, czyli roboty, które asymilują ludzi. Wspomniany wcześniej komandor Data – przy wszystkich swoich zaletach – jest jednak tylko robotem. Borg natomiast – jakkolwiek przerażający – to połączenie człowieka i maszyny. Rzeczywistość pokazuje, że jest to droga, która nie tylko może nie być tak straszna, jak w filmowej wizji, ale też rozwiązać wiele współczesnych problemów medycznych i stać się „nową nadzieją” ludzkości.

Transplantologia jutra

W pierwszej połowie 2010 roku w Brukseli zespół pod kierunkiem profesora Frederika Sibeliusa przedstawił pierwszy w pełni działający prototyp protezy dłoni sterowanej myślą. Najważniejszym wyzwaniem było w tym przypadku skonstruowanie specjalnego interfejsu neuronalnego umożliwiającego komunikację urządzenia z mózgiem. Udało się stworzyć elektrody, wokół których naturalnie owijają się zakończenia nerwowe – dzięki temu możliwe jest zarówno przekazywanie impulsów do mikroprocesora sterującego protezą, jak i odbiór bodźców takich, jak ciepło, temperatura, a nawet ból.

Dzięki pracy zespołu doktora Todda Kuikena z Instytutu Rehabilitacji w Chicago mężczyzna, który w wyniku porażenia wysokim napięciem stracił obie ręce, dziś dysponuje sztucznymi kończynami funkcjonującymi… lepiej niż prawdziwe. Jego bioniczne ramiona i dłonie, podłączone do „fantomowych receptorów nerwowych” na klatce piersiowej odczuwają wszystko to, co ich prawdziwe odpowiedniki. A przy tym – są silniejsze i „trwalsze” od naturalnych.

Setki tysięcy ludzi na całym świecie korzystają dziś z implantów słuchowych. Stosunkowo proste – jak na aktualne możliwości techniczne – urządzenie pozwala odzyskać słuch nawet osobom, w przypadku których nie było dotąd żadnej nadziei. Wprawdzie rozwiązanie dalekie jest jeszcze od doskonałości,  ale i tak jakościowo przewyższa wszystkie inne znane obecnie metody naprawy słuchu.

Australijska firma Bionic Vision opracowała natomiast jeden z najbardziej obiecujących prototypów bionicznego oka. Urządzenie składa się z trzech elementów: wszczepionych do wnętrza niewidzącego oka elektrod przekazujących impulsy bezpośrednio do mózgu, zaawansowanego procesora obrazu i specjalnych okularów z wbudowaną kamerą. Pierwsza wersja wynalazku pozwalała pacjentowi zobaczyć „zarys” otoczenia – rozdzielczość „elektronicznego oka” wynosiła bowiem jedynie 100 punktów. Druga generacja – to już 1000 punktów i możliwość czytania tekstów napisanych w miarę dużą czcionką. Na początku przyszłego roku planowana jest pierwsza „pozakliniczna” implantacja tego rozwiązania.

Te wszystkie osiągnięcia opierają się przede wszystkim na możliwościach współczesnej elektroniki i informatyki. Ich sukcesywne wprowadzanie do masowej produkcji pozwoli pokonać barierę ciągłego braku wielu organów potrzebnych do transplantacji. Wciąż jednak nie rozwiązuje problemu kompatybilności biologicznej implantowanej części ciała z organizmem biorcy.

Nieco inaczej sprawa wygląda w przypadku stricte biologicznych metod pozyskiwania narządów.

W 2011 roku amerykańskim naukowcom udało się – dzięki inżynierii tkankowej – doprowadzić do niemal naturalnej rekonstrukcji jelita cienkiego u myszy. Dopracowanie tej technologii może wkrótce pozwolić normalnie funkcjonować setkom tysięcy pacjentów z przewlekłą niedrożnością jelitową na całym świecie.

Japoński zespół z Kobe w listopadzie zeszłego roku – również u myszy – dokonał pierwszego wszczepienia wyhodowanej z komórek macierzystych przysadki mózgowej.

W jednej ze szwedzkich klinik udało się z pobranych od ludzkiego pacjenta komórek macierzystych wyhodować – a następnie z sukcesem temu samemu pacjentowi wszczepić – tchawicę.

Dobrych wiadomości tego typu jest znacznie więcej. Wszelkie prace badawcze związane z komórkami macierzystymi budzą jednak olbrzymie kontrowersje natury etycznej i moralnej, często spotykając się ze społecznym potępieniem. Terapie oparte na komórkach macierzystych są zresztą wciąż jeszcze zbyt mało zaawansowane, by można było już teraz mówić o szybkim ich upowszechnieniu. Jedynym lekiem opartym na tej technologii jest południowokoreański specyfik zarejestrowany dopiero w tym roku.

Wszystkie przytoczone powyżej przykłady pozwalają mieć nadzieję na przyszłość, ale niestety – postrzegane osobno – wciąż nie są w stanie zmienić wyjątkowo dramatycznej sytuacji w światowej transplantologii.

Nowa era tranzystora

Prawo Moore’a mówi o tym, że moc obliczeniowa procesorów podwaja się co pół roku. I  właśnie zostało całkowicie zdezaktualizowane. Naukowcy z New South Wales w Australii prawdopodobnie dotarli już do granicy technologicznej współczesnej „tradycyjnej” elektroniki. Udało im się stworzyć tranzystor o wielkości zaledwie jednego atomu. Dlaczego jest to tak ważne osiągnięcie w kontekście medycznym?

W większości z opisywanych wcześniej protez wykorzystywane są układy sterujące oparte na różnego rodzaju procesorach, te zaś wykorzystują do działania właśnie tranzystory. Typowy współczesny procesor składa się z kilku ich milionów. Stosowana obecnie technologia krzemowa ma bardzo ograniczone możliwości miniaturyzacji, nie jest też „kompatybilna” z żywymi organizmami. Sprowadzenie tranzystora do wielkości atomu pozwali wkroczyć elektronice, a co za tym idzie – układom sterującym protezami – w zupełnie nowy wymiar. Wymiar, w którym możliwe stanie się pełne, idealne połączenie sztucznego organu z rzeczywistym ciałem.

Wtórują temu osiągnięcia współczesnej nanotechnologii, które Stanisław Lem przewidywał już 50 lat temu. Dziś w medycynie jednym z głównych kierunków prac badawczych w zakresie nanotechnologicznym jest opracowanie nowych, precyzyjnie wycelowanych metod transportu leków do konkretnych komórek. Osiągnięcia te mogą być w przyszłości wykorzystane do stałego i bardzo precyzyjnego podawania środków immunopresyjnych w przypadku przeszczepów - na przykład sztucznych kończyn. Z drugiej natomiast strony – użycie nanorobotów może pozwolić na taką przebudowę struktury tkanki na poziomie atomowym, bezpośrednio „od środka”, aby organicznie zespoliła się ona z materiałem protezy, włącznie z całkowitą adaptacją włókien nerwowych.

Taka przyszłość brzmi wprawdzie znowu jak scenariusz filmu science-fiction, ale w rzeczywistości jest znacznie bliżej, niż może nam się wydawać.

Zagięcie czasoprzestrzeni

Osiągnięcia współczesnej nanotechnologii, biotechnologii, medycyny, elektroniki, czy informatyki – są wręcz niewiarygodne. Rozwiązania znane dotąd ze śmiałych wizji futurologicznych wkraczają jednak w nasze życie tak jakby „tylnymi drzwiami”. Dzieje się to na tyle naturalnie, że często wręcz nie dostrzegamy zmian, które dotykają nas na co dzień.

Opisywane nawet w tym artykule osiągnięcia w zakresie hodowli żywych narządów z komórek macierzystych, czy też konstrukcji nowoczesnych protez – nie wydają nam się już same w sobie niczym bardzo niezwykłym ani zaskakującym. Dopiero kompleksowe spojrzenie i próba połączenia w jedną całość wielu pozornie oddzielnych aspektów zagadnienia pozwala na swoiste zagięcie czasoprzestrzeni. To, co dotąd wydawało nam się przysłowiową „pieśnią przyszłości” okazuje się leżeć niemal w zasięgu dłoni. Aż chciałoby się dodać – „bionicznej dłoni”…

Warto zatem śledzić sytuację nie tylko w kontekście poszczególnych odkryć, ale także w kontekście całego problemu. Już niedługo może się bowiem okazać, że słowo „cyborg” przestało mieć sens wyłącznie technologiczny, a stało się ważnym synonimem.  Synonimem człowieka, któremu zdrowie uratował przeszczep.

Adam Czajczyk

Zdjęcia: Eyeborg Project Press Kit, Wojciech Zemek (lic. CC), Bionic Vision Press Release, oswiadczeniewoli.com.pl