Напичкать солдат электронными чипами: затея DARPA
Американское Управление перспективных оборонных исследований DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) известно проведением научных исследований высокого уровня в области перспективных военных технологий. Впрочем, Управление все чаще заостряет свое внимание на важнейшей, но порой недооцениваемой сфере - медицинское обеспечение личного состава.
Работы DARPA в области военной медицины по большей части ведутся при участии новейшего компонента в его общей структуре - Офиса биологических технологий Biological Technologies Office (ВТО). Как отметил его директор Брэд Рингайзен, «наш офис работает над широким спектром задач, которые можно сгруппировать в три крупные категории». Во-первых, это нейробиология, например, использования сигналов мозга для работы протезов конечностей. Второе направление - генная инженерия или синтетическая биология. Третья область исследований сосредоточена на технологиях, способных опередить и инфекционные заболевания, и это приоритетное направление исследований DARPA.
По мнению полковника Мэта Хэпбёрна, руководителя нескольких программ в ВТО, имеется ряд причин, которые выводят борьбу с инфекционными заболеваниями на первый план. Например, военные США или их союзники могут быть развернуты в помощь региону или стране, затронутой специфической пандемией, например, лихорадкой Эбола. «Мы глобально развертываемая военная сила и мы собираемся посылать наших людей в те районы, которые нам необходимо защитить от болезней».
Микрофизиологическая система разработки института биологической инженерии Висса
Разработка технологий и методов лечения, предотвращающих инфекционные вспышки, также может повысить уровень национальной безопасности. Например, методы лечения, разработанные для военнослужащих, могут быть использованы для предотвращения или лечения основных пандемий среди гражданского населения. Впрочем, всё это также справедливо и на более низких уровнях, вплоть до отдельно взятого индивидуума.
«Простой, но при этом крайне показательный пример, - грипп на корабле, - пояснил Хэпбёрн. - Зараженный персонал менее работоспособен и это может повлиять на выполнение всей задачи». В качестве еще одного примера Хэпбёрн назвал опасность заражения одного из членов группы малярией или лихорадкой денге, «что является вполне обыденным в тех местах, где мы работаем. Это конечно может фактически погубить всю миссию, если вы не подумаете о медицинской эвакуации и мерах предосторожности в отношении этого человека».
Как отметил Хэпбёрн, существует две широкие категории, когда речь идет о работе с инфекционными болезнями. Во-первых, это диагностика: выяснить, болен человек или нет. Во-вторых, что делать если кто-либо заболел, то есть разработка курса лечения или мер противодействия, например, вакцины.
Однако, основной акцент DARPA делает всё же на прогнозировании, станет ли здоровый на внешний вид человек больным. Помимо этого в Управлении хотят знать не только вероятность того, что больной может заболеть, но также заразен он или нет. «Станет ли он распространителем заразы? Сможем ли мы подавить вспышку заболевания в конкретном сообществе?»
Хэпбёрн рассказал также о программе Prometheus. По данным DARPA, ее целью является поиск «набора биологических сигналов в недавно инфицированном человеке, которые могут указать в течение 24 часов станет ли этот человек заразным», что позволит начать лечение на ранней стадии и предпринять меры для предотвращения передачи этого заболевания другим людям.
Программа Prometheus в настоящее время сосредоточена на острых респираторных заболеваниях, которые выбраны для подтверждения верности концепции, хотя эта технология может быть применима и к другим инфекционным болезням.
«Допустим, у нас 10 человек подверглись заражению, мы могли бы протестировать их и сказать, что эти три человека будут самыми заразными и станут разносчиками заболевания. Этих людей мы затем будем лечить с целью предотвращения распространения инфекции», - пояснил Хэпбёрн.
Проект Prometheus нацелен на создание «биомаркеров», которые показывают подверженность человека болезни и его потенциальный уровень заразности. «Эти маркеры сложно создать, - заметил Хэпбёрн. - Другая сложность заключается в снятии показании с этих маркеров в полевых условиях и в пунктах медицинской помощи. Может быть необходимо разработать работающее на батареях устройство, которое могло бы выполнить эту работу».
«Я полагаю, что их военное применение - дело вполне очевидное, - продолжил Хэпбёрн. - Представьте казарму или корабль или подводную лодку. Способность определять, кто собирается заболеть и останавливать вспышку заболевания в этих стесненных условиях, была бы чрезвычайно полезной для наших военных».
В сфере мер профилактики DARPA проводит большую работу по предотвращению заболеваний. Основной акцент делается на разработке так называемых «почти немедленных» решений нейтрализации инфекционной вспышки, которые будут работать гораздо быстрее, чем традиционная вакцина.
«Если я даю вам вакцину, то может понадобиться две или три дозы в течение полугода прежде, чем вы достигнете необходимого уровня иммунитета», - сказал Хэпбёрн.
В этой связи DARPA начало работу над новой программой, названной РЗ (Pandemic Prevention Platform - платформа предотвращения пандемии), целью которой является разработка «почти немедленного» решения, которое сможет дополнить вакцины. Вакцина работает, заставляя организм вырабатывать антитела, и если они циркулируют в крови в достаточном количестве, то человек защищен от конкретной инфекционной болезни. DARPA намерено резко ускорить этот процесс за счет реализации программы Р3.
«Что если бы мы могли просто давать антитела, которые боролись бы с инфекцией или защищали вас? По сути, если бы человеку можно было бы просто ввести правильные антитела, то он бы незамедлительно получил защиту, - заметил Хэпбёрн. - Проблема заключается в том, что для того чтобы получить достаточное количество этих антител на фабрике, необходимы месяцы и годы. Это сложный и дорогостоящий процесс».
Вместо традиционного процесса, производство антител и введение их в вену человека, DARPA работает над созданием впрыскиваемой инъекции, в которой содержатся ДНК и РНК для антител, чтобы организм сам занимался созданием необходимых антител. При введении генетического кода в тело «в течение 72 часов у вас уже будет достаточно количество антител для вашей защиты». Хэпбёрн считает, что этого можно достичь в течение четырех лет, к концу программы Р3.
Рингайзен возглавляет еще одну программу по выработке профилактических мер, «Микрофизиологические системы» или «Органы на чипе», в рамках которой будут созданы искусственные модели различных систем человеческого тела на струйных микросхемах или чипах. Они могут использоваться по-разному, например, тестирование вакцин или введение биологического возбудителя болезни. Цель амбициозна - имитация процессов человеческого тела в лабораторных условиях.
Иллюстрация концепции Массачусетского технологического института «Тело на чипе»
«Значение этого огромно, - добавил Рингайзен. - Вы можете исследовать буквально тысячи кандидатов на лекарства на их эффективность и токсичность без нынешних трудоемких и дорогих процессов, через которые приходится проходить».
Нынешняя модель разработки включает несколько очень дорогостоящих процессов, в том числе испытания на животных и клинические исследования. Исследования на животных очень дороги и не всегда точно отражают действие лекарства или вакцины на человеческий организм. Что касается клинических исследований, то они еще дороже, а подавляющее большинство тестов заканчиваются неудачно.
«Еще сложнее с работами для министерства обороны, поскольку многие медицинские меры защиты, которые ему необходимы, предназначены для борьбы с биологическими и химическими отравляющими веществами, - добавил он. - Вы не можете взять группу людей и испытать на них сибирскую язву или Эболу».
Технология «Органы на чипе» революционизирует разработку лекарств для военного сообщества и гражданской сферы. Проект, возглавляемый командами из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института, в настоящее время подходит к завершающей стадии.
Чип для легких разработки института Висса
Рингайзен также отметил программу Elect-Rx (Electrical Prescriptions - электрические рецепты), нацеленную на разработку технологий, которые могли бы искусственно стимулировать периферическую нервную систему, используя ее способность быстро и эффективно самоизлечиваться.
«Это позволит улучшить иммунную систему, даст организму большую устойчивость к инфекциям или воспалительным заболеваниям», - пояснил Рингайзен.
Хэпбёрн считает, что в перспективе военная медицина сможет «гораздо лучше прогнозировать болезнь на самых ранних стадиях, а дальше остается только принять соответствующие меры в специализированном учреждении».
«Всё как с профилактическим обслуживанием вашего автомобиля. Датчик в нем сигнализирует, например, что двигатель может сломаться или то, что вам необходимо залить масло. Мы хотим сделать то же самое с человеческим организмом».
В теле эти датчики могут быть совмещены с другими технологиями, что позволит автоматически начать необходимое действие, например, мониторинг уровня глюкозы у больного диабетом. «Мы пока не достигли этого, но через 10 лет это станет обыденной реальностью».
Военная медицина - особенно с акцентом на методы лечения и мерах профилактики - может приносить реальную пользу в ряде других областей. Понятно, что приоритетом является обеспечение защиты личного состава от инфекций, но предотвращение подобных вспышек в большем масштабе, например, борьба с пандемиями, также оказывает непосредственное влияние на уровень безопасности. Как следствие, военная медицина должна соответствовать потребностям не только отдельного солдата, не только Вооруженных сил, но и общества в целом.
Использованы материалы:
www.darpa.mil
wyss.harvard.edu
web.mit.edu
www.genengnews.com
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org