Текст книги "Журнал «Компьютерра» № 16 от 24 апреля 2007 года"

Автор книги: Компьютерра Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)

Клыки и когти из стволовых клеток

Автор: Александр Чубенко

В редакцию любого научно-популярного журнала иногда приходят столь наивные вопросы, что ответить на них просто и коротко практически невозможно. Эта статья – ответ на одно из таких писем: «…вы пишете, что скоро из стволовых клеток начнут делать запасные органы, а также выращивать волосы и зубы… а можно ли вырастить клыки, рога или когти? Я думаю, что будет масса желающих модифицироваться в этом направлении! С уважением, Леонид М.»

Действительно, с помощью тканевой инженерии уже выращивают первые простые по строению органы вроде мочевого пузыря или участка артерии, но пока это изделия штучные и далекие от совершенства. Чудеса попроще – например, «заплатки» для самых разных органов, от сердца до роговицы глаза – уже делают в тысячах клиник, однако лишь в опытах на животных и в клинических экспериментах на группах из десяти-пятидесяти пациентов. А начнется внедрение тканевой инженерии скорее всего в стоматологии и пластической хирургии – в том числе и потому, что выращивать новые зубы, пышную шевелюру на месте лысины или натуральную, а не силиконовую грудь, еще и очень выгодно.

Натур-продукт вместо силикона

Статистика

По данным американских медиков, к семнадцати годам 7% жителей США теряют по крайней мере один зуб. К сорока годам людей, потерявших хотя бы один зуб, становится уже около 70%. К пятидесяти годам американцы теряют в среднем двенадцать зубов, правда, включая и бесполезные зубы мудрости.

Ближе всех к внедрению методики увеличения груди с помощью стволовых клеток подошла группа Котаро Йошимуры (Kotaro Yoshimura) из медицинской школы Токийского университета. Для начала пациенткам делают липосакцию – только за это многие излишне пышные дамы готовы отдать немалые деньги. При этом в жировую ткань вводят вещества, разрушающие связи между клетками, и отсасывают полученную эмульсию. Потом часть суспензии клеток оставляют для пересадки, а из остальных выделяют стволовые клетки, способные формировать и новую жировую ткань, и, главное, – кровеносные сосуды. Обогащенная стволовыми клетками суспензия вводится в молочную железу с помощью инъекции.

От увеличения груди с помощью пересадки обычных фрагментов жировой ткани хирурги отказались уже давно – значительная часть клеток после такой трансплантации погибает, образуя уплотнения, напоминающие раковые опухоли. Силикон во многих странах запретили: он слишком часто дает очень неприятные побочные эффекты – например, растекается по окружающим тканям. К тому же грудь, увеличенная силиконовыми протезами или пластиковыми мешочками с солевым раствором, – примерно то же самое, что восковые фрукты. И треть таких протезов приходится удалять уже через десять лет. А грудь "по Йошимуре" за счет хорошего кровоснабжения ни на вид, ни (по литературным данным) на ощупь не отличается от натуральной. Автор методики уверен, что такая процедура будет доступна в кабинетах пластической хирургии уже через пять лет. Правда, с помощью искусственных протезов можно добиться куда большего увеличения размера бюста – но этого чаще всего требуют дамы с тяжелой женской профессией и/или неустойчивой психикой.

Молочные, коренные и идентичные натуральным

Фирма Odontis, созданная при лондонском Королевском колледже, три года назад получила грант в полмиллиона фунтов (примерно $885 тысяч) и пообещала за тот же срок – пять лет – отработать методику выращивания зубов. Закончить последние опыты на мышах и начать первые клинические эксперименты британские специалисты планировали еще прошлой весной. Но сообщений об этом пока не поступало – то ли из-за непредвиденных трудностей, то ли из-за нежелания разработчиков раньше времени обнародовать результаты.

На пятки им наступают еще несколько исследовательских групп в разных странах – кроме славы, успех такого исследования может принести большие деньги. Имплантат из стволовых клеток будет стоить примерно столько же, сколько и обычный английский зубной протез, – 1500—2000 фунтов. А умножением на число людей, ежегодно приходящих в зубопротезные кабинеты, займитесь сами.

Для выращивания зуба необходимо сделать такой же зубной зачаток, из какого вырастают коренные зубы после выпадения молочных. Зародыш зуба состоит из двух типов клеток – эпителиальных (из них в организме развиваются клетки кожи, слизистых оболочек, эндокринных желез и нервной системы) и мезенхимных (из которых вырастают кости, мышцы, соединительная ткань и кроветворные органы). Подходящие клетки можно получить и из костного мозга пациента, и из клеток, сохранившихся в корне с обломанной коронкой (или полученных из зубов мудрости – пользы от них никакой, и выдернуть их для хорошего дела не жалко). Для выращивания зубов подходят и клетки зубных зачатков человеческих зародышей, но их применение в медицине наталкивается на упорное сопротивление религиозных деятелей и светских моралистов.

Под действием сигналов от окружающих тканей зубной зачаток разовьется именно в такой зуб, который нужен на этом месте, – точно так же, как это происходит при смене молочных зубов на постоянные. Только выращивание идентичных натуральным зубов займет не год с небольшим, а пару месяцев.

Факт

Человек – единственное животное на Земле, которое болеет остеохондрозом. Это одно из многих отрицательных последствий прямохождения и большой головы – и, соответственно, чрезмерных нагрузок на позвоночник. Единственный наш товарищ по этому несчастью давно вымер. Саблезубые тигры тоже страдали от шейного остеохондроза: им приходилось носить на вытянутой шее огромные клыки, и межпозвонковые хрящи не выдерживали такой тяжести.

Прощай, лысина!

Средства для ращения волос на 99(9)% – шарлатанские снадобья. Некоторые препараты действительно помогают остановить выпадение волос – но не всем и не слишком сильно. И прежде чем лечиться ими, надо хорошо подумать: самая частая причина облысения – избыток мужских половых гормонов, и даже наружное применение веществ, подавляющих их синтез, может подействовать очень нежелательным образом. Но понять, что настоящего мужчину лысина только украшает, могут далеко не все. Так что косметологи, занимающиеся пересадкой волос, без работы не останутся, – тем более что скоро они смогут пересаживать клиентам не синтетические или выдернутые из незаметных мест скальпа волосы, а волосяные фолликулы, выращенные «в пробирке».

В начале 2004 года две группы американских исследователей одновременно опубликовали в журналах Nature Biotechnology и Science статьи о результатах своих многолетних трудов. Разными методами независимо друг от друга ученые из Пенсильванского университета (Филадельфия) под руководством Джорджа Коцарелиса (George Cotsarelis) и группа Элейн Фух (Elaine Fuch) из Университета Рокфеллера (Нью-Йорк) вырастили волосы из стволовых клеток, выделенных из волосяных фолликулов. То, что волосы для начала были взяты не человеческие, а мышиные, не так уж важно: отработать методику для человека – дело нескольких лет.

Чтобы следить за драгоценными клетками, в их хромосомы встроили ген, кодирующий самый распространенный в таких исследованиях маркер – зеленый флуоресцентный белок (green fluorescent protein, GFP). Так что мыши, которым пересадили искусственные фолликулы, обросли шерсткой, под действием ультрафиолета или просто синей лампы светившейся зеленым светом.

Главной задачей исследователей был подбор добавок к питательной среде, заставляющих почти универсальные стволовые клетки превращаться не в нейроны или клетки кожи, а именно в те клетки, за счет которых растет и обновляется фолликул. Попутно обе группы изучали влияние различных генов на процессы активизации деления этих клеток. Кроме всего прочего, полученные данные позволят разработать эффективное средство для борьбы с облысением – может быть, когда-нибудь. А трансплантация фолликулов – дело ближайших лет, и рынок такой услуги – это миллиарды: пересадка одного волоска общепринятым сейчас методом обходится пациентам в 2-3 доллара. Одно из преимуществ разрабатываемой во многих лабораториях методики выращивания новых волос – то, что из крошечного участка скальпа, срезанного где-нибудь за ухом, можно вырастить миллионы новых фолликулов. А сама процедура будет напоминать нанесение татуировки.

Возможно, и в этой гонке Англия окажется впереди: осенью 2005 года британское правительство (не иначе как в погоне за голосами лысеющих и лысых избирателей) выделило на исследования по выращиванию волос 1,9 млн. казенных фунтов стерлингов. Разработкой метода занялась манчестерская компания Intercytex, основатель которой доктор Пол Кемп (Paul Kemp) уже принял участие в испытаниях своего метода в качестве одного из семи подопытных. Число волос на пробном участке кожи головы диаметром с пятипенсовую монету (около 20 мм) увеличилось всего на четверть – с 250 до 316, но для начала и это неплохо.

Рога и копыта

Цифры

В мире ежегодно регистрируется около 1 млн. случаев рака молочной железы. 60% семей, в которых жена перенесла мастэктомию, распадаются. Так что протезирование груди – гораздо более серьезная проблема, чем кажется на первый взгляд. У женщин, перенесших операцию просто "для красоты", вероятность заболеть раком молочной железы меньше средних показателей, зато на 73% выше вероятность покончить жизнь самоубийством.

А что же с клыками, когтями и рогами? Помните байку: «пушка не выстрелила по тридцати причинам: во-первых, не было пороха…»?

Во-первых, есть такое понятие – врачебная этика. Если показания к операции не очевидны (как в случае явного уродства или отсутствия органа), пластический хирург обязан вначале попытаться убедить пациента, что ему не нужна операция, а только потом перекраивать форму носа и увеличивать дамам бюст, а джентльменам – ту часть тела, о которой вы подумали.

Года два назад СМИ облетело сообщение о том, что некий китайский фанат научно-фантастического сериала "Звездный путь" ("Star Trek") сделал себе пластическую операцию ушей, чтобы они имели такую же форму, как у героя этого сериала, инопланетянина Спока. При этом особо подчеркивалось, что врачи настойчиво пытались отговорить юношу от дурацкой затеи. Скорее всего это действительно была уникальная операция: о том, что в клиники пластической хирургии за такими же ушками потянулись ролевики-эльфы, газеты не писали. Хотя уши по сравнению с зубами и тем более рогами и копытами – пустяки: их размер и форма на здоровье не влияет.

Во-вторых, отрабатывать методику изготовления даже простого органа – дело долгое и дорогое, а из-за небольшого спроса на клыки и когти (это же не волосы и зубы) затраты не окупятся. В-третьих, на применение такого оригинального косметического метода вряд ли удастся получить лицензию Минздрава. И так далее. Но предположим, что разрешение на ращение клыков и рогов получено.

Клыки

В клетках зачатка зуба, подсаженного в десну, включается сложный ансамбль генов, регулирующих дифференцировку клеток и рост органа. Активность генов зависит и от химических сигналов, генерируемых окружающими клетками, и от механических воздействий (попросту говоря, от того, что растущий зуб упирается в соседние). Конечно, можно имплантировать в челюсть матрицу желаемой формы, пропитанную стволовыми клетками и факторами роста, стимулирующими их деление и дифференцировку. Только подогнать такой трансплантат к имеющимся зубам будет сложнее, чем при обычном протезировании. А какие при этом наступят фефекты фикции, вы подумали? А о слюне, текущей по подбородку? Ведь плотно закрыть рот при вампирьих или кабаньих клыках не удастся! И, кстати, кушать вы как будете? А что будет, когда такой экстремал получит по зубам? Из-за большого рычага даже не слишком сильный удар вывернет ваше сомнительное украшение вместе с куском челюсти.

Рога

С ними проблем еще больше. Оленьи рога отметаем сразу – у нас нет гормонов, необходимых для их ежегодного выращивания (включая бурный рост кровеносных сосудов) и сбрасывания на зиму. А жаль: весной можно было бы экономить на виагре (знаете, сколько в пантах всяких биологически активных веществ? Не зря из них пантокрин делают!), а зимой, когда рога отпадут, – носить шапку, не опасаясь заболеть менингитом. Хотите рискнуть? Спрашивайте в аптеках рога для постоянного ношения! У коров, козлов, баранов и других представителей семейства полорогих рога устроены попроще, – это костные стержни, сросшиеся с выростами лобных костей и одетые роговым чехлом из кератина – белка, из которого в основном состоят ногти, волосы и верхний слой кожи. То есть для изготовления зачатка рога, как и для зуба, нужны как минимум те же два типа стволовых клеток. Коровье-бараньим рогам, хоть растут они и медленно, кровоснабжение тоже необходимо – значит, нужно обеспечить прорастание в рог кровеносных сосудов. А в отличие от зубов, при росте которых включаются имеющиеся у человека регуляторные гены, для рогов у нас никаких механизмов, определяющих их форму, не предусмотрено, и что в результате вырастет, неизвестно. Разве что носить на рогах специальные футляры нужной формы и размера, меняя их по мере роста… Не проще ли ограничиться декоративными футлярами? И опасность для здоровья будет намного меньше. Строение человеческого черепа отличается от бараньего (вот его содержимое – не всегда). Какой-нибудь архар может с размаху грохнуть рогами о скалу – и ничего, а у человека рог от не слишком сильного удара обломится, и хорошо, если без куска теменной (височной, лобной – где рожки делать будем?) кости. Разве что пойти тропой носорогов и вырастить такие же, как у них, рога, состоящие только из кератина – фактически сросшиеся волосы? Но и носорожий рог прочно укреплен в кости… А главное – над вами будут жестоко смеяться: не знаю, как у китайцев, а в странах европейской культуры рогоносец – понятие вполне определенное.

Когти

Попробуйте для начала купить в магазине розыгрышей пластмассовые когти и походить с ними, не отклеивая, несколько дней. Включая, извините, посещение туалета. Уверен, что очень скоро вы откажетесь от мечты о красивых блестящих когтях.

А вообще, мечтать не вредно. Помечтайте, например, о том, что неплохо бы с помощью генной инженерии сделать летающих людей. Или фотосинтезирующих и избавленных от забот о хлебе насущном. Или о дышащих жабрами ихтиандрах. А я разберу ваши мечты по косточкам и камня на камне от них не оставлю.

От редакции

Идеи реконфигурации человеческого организма прошу направлять в виде кратких предложений автору (главреду интернет-журнала «Коммерческая биотехнология») с копией на [email protected]. Глядишь, и тему номера соберем. – Л.Л. – М.

АНАЛИЗЫ: И пусть никто не уйдет обиженный

Автор: Илья Щуров Voyager

Необычный ноутбук XO-1, разрабатываемый в рамках проекта OLPC (laptop.org) для борьбы с проблемой «цифрового разрыва», скептики могут высокомерно окрестить «компьютером для бедных». Формально они правы: целевая аудитория «стодолларового лэптопа» – дети из стран третьего мира, не имеющие доступа не только к высокоскоростному Интернету, блогам MySpace или вселенной Second Life, но и к обычным книжкам и учебникам. Однако, если сбудется хотя бы часть объявленных планов, я не удивлюсь, когда через десять-пятнадцать лет нынешние «бедные» пользователи по уровню владения информационными технологиями (и не только ими) окажутся на голову выше своих «богатеньких» сверстников. На то есть множество причин.

Своими глазами

Я давно присматривался к этой инициативе, однако до недавнего времени знакомство с нею не выходило за рамки внимательного прочтения новостей по теме, попадающих на страницы «КТ». Поводом к более серьезным отношениям послужил выход LiveCD с промежуточной версией операционной системы (конечно, это Linux), лежащей в основе XO. (Образ размером в 200 мегабайт доступен с сервера olpc.download.redhat.com.) На самом деле, складывается впечатление, что это не первый подобный релиз, однако на глаза он попался впервые, и, не имея надежды получить доступ к тестовым устройствам (уже существующим в реальности в очень ограниченном количестве), я не смог пройти мимо возможности своими руками пощупать заманчивую игрушку.

Памятуя заветы главного редактора, не буду рассказывать душераздирающие истории о том, как LiveCD не загрузился на моем (отнюдь не стодолларовом) ноутбуке из-за внешнего FireWire-привода, как он ругался на отсутствие каких-то устройств хранения уже на десктопе, как жутковато хрустел жесткими дисками при загрузке и как в конце концов счастливо загрузился. Вы не узнаете и о том, как я пытался найти в нем эмулятор терминала, меню «Пуск» или на худой конец иконку "Мой компьютер". Собственно, про LiveCD вы не узнаете больше вообще ничего: он представляет собой скорее SDK (набор для разработчика), чем «демонстрашку» возможностей и идей системы, о которых, собственно, мне и хочется рассказать.

Постановка задачи

Кстати

Название «XO» – это не загадочная аббревиатура, а просто символьное представление для иконки проекта.

Проблема создания максимально экономичного (в смысле цены и энергопотребления) компьютера, обладающего уникальными свойствами и ориентированного в первую очередь на детей, вернула разработчиков на несколько десятков лет назад. В те славные времена, когда каждый байт оперативной памяти был на счету, программы приходилось писать, все еще задумываясь о производительности, когда не было устоявшихся интерфейсных стереотипов и парадигм современных операционных систем. Конечно, разработка ведется далеко не с нуля – без ядра Linux, языка Python и множества других разработок OLPC вряд ли был бы возможен. Однако, участники проекта обладают огромной свободой в способах достижения заявленных целей, неведомой индустриальным программистам. Более того: благодаря этой свободе проект может ставить перед собой фундаментальные вопросы о роли информационных технологий в образовании – и давать на них нестандартные ответы.

Что именно нужно детям для обучения и как им могут помочь в этом ИТ? Очевидно, им не нужно уметь работать в Excel, в совершенстве владеть Photoshop или знать язык запросов SQL. Даже не нужно знать, что файл – это "поименованная область на жестком диске". Равно как и множество других вещей, которыми богаты курсы информатики в школе.

Что же все-таки требуется в первую очередь? Ответ очень простой: иметь возможность экспериментировать, творчески выражать себя, общаться с другими людьми (в первую очередь – своими сверстниками), обмениваться с ними приобретенным опытом – и тем самым активно познавать окружающий мир, учиться и учить других. Эти идеи, объединяемые в концепцию конструктивистского (constructivism) обучения, активно продвигаются создателем языка Logo Сеймуром Пэйпертом (Seymour Papert), создателем Smalltalk Аланом Кеем (Alan Kay) и другими известными участниками проекта OLPC, и лежат в основе операционной системы XO.

Детский мир

Взрослые живут в мире документов, таблиц, формул, писем, поручений, совещаний. Дети живут в совершенно другом мире. В нем можно сказать «давай поиграем?» или «я с тобой не дружу» (а не «ты добавлен в игнор-лист»), можно придумывать бесконечные истории (а не обсуждать бесконечные отчеты), фантазируя на ходу и подыгрывая фантазиям друг друга, можно рисовать смешные или серьезные картины (а не диаграммы и графики), делая штрихи по очереди. К счастью, разработчики OLPC не забыли обо всем этом.

Одно из основных направлений OLPC – совместная работа и общение между детьми. Технически оно обеспечивается автоматическим созданием беспроводных ad-hoc-сетей (ячеек, mesh), однако одной лишь возможности связи между несколькими компьютерами мало. Чтобы ей могли воспользоваться маленькие юзеры (причем естественным образом), нужно существенно перестроить всю модель системы. И это чувствуется практически в каждом ее элементе.

Например, в метафоре "рабочего стола". Собственно, как такового «стола» нет. (И правда, причем здесь стол, да еще и рабочий, когда мы говорим о детях?) Есть несколько режимов отображения виртуального пространства ноутбука и его окрестностей, различающихся масштабом [Эта идея удивительным образом перекликается с разработками Джефа Раскина о "зуммируемом интерфейсе" (см. статью Владимира Гуриева "Борец с системой" в «КТ» #582) – странно, что этой связи практически никто не замечает]. Наиболее близкий к привычному нам режим – "Дом", соответствующий собственно данному компьютеру. Более широкий взгляд покажет пользователей в группах, к которым принадлежит владелец ноутбука – например, его одноклассников, друзей и т. д. Участники представляются двухцветными иконками, причем этот цветовой идентификатор является важным элементом интерфейса системы – он сопровождает каждого пользователя почти постоянно (например, заменяет картинки-аватары в сообщениях). Поднимаясь на ступеньку вверх, можно осмотреть всю «окрестность» (neighborhood) – на экране отображаются все пользователи ячейки, объединенные в кластеры по текущей активности.

Кстати, об «активностях» (activity) – они заменяют привычные нам "приложения". Этим словом обозначается одновременно и программа, и документ, и группа участников, которые над ним работают, и пространство для общения между ними. Можно воспринимать activity как своеобразную многопользовательскую игру, которая может быть надстроена над любым привычным нам приложением (собственно игрушкам в XO уделяется совсем немного внимания). Конечно, если ребенок просто загрузит веб-страницу или станет рисовать картинку в графическом редакторе, разница между двумя понятиями будет практически несущественной, но как только ему захочется пригласить к участию других пользователей XO, он должен иметь возможность это сделать буквально одной кнопкой. Например, если на лэптопе приглашенного участника нет необходимого кода, он скопируется и установится автоматически.

Еще одна привычная концепция, которой нет в OLPC – иерархическая файловая система. Роль файлов играют «объекты», а вместо файловой системы имеется «журнал», в котором записываются основные их изменения. Сохранение и восстановление состояний в идеале происходит автоматически при запуске и завершении «активности» [И снова что-то подобное мы уже видели у Раскина]. Если же нужно запомнить текущую версию объекта, но при этом продолжить его изменение (аналог функции «сохранить как»), на помощь приходит встроенная система управления версиями, знакомая программистам и участникам вики-проектов.

Модель для разборки

Дети любят разбирать игрушки. (Это предложение я припас еще несколько лет назад как раз для статьи об использовании свободного софта в образовании. Думаю, сейчас самый подходящий момент.) Посмотреть, что находится внутри, и попытаться понять, как она устроена и почему работает так, а не иначе. То же желание движет хакером, изучающим код неизвестной системы, ученым, пытающимся понять окружающий мир, или писателем, рассказывающим о переживаниях людей. Наверное, это один из основных инстинктов мыслящего существа.

Один из девизов OLPC – «низкие полы и никаких потолков». С одной стороны, система должна быть максимально простой, чтобы быть доступной для полностью самостоятельного освоения ребенком с нуля, а с другой – эта простота не должна служить препятствием для раскрытия возможностей устройства и талантов ее владельца. Пятилетнему пользователю вряд ли захочется учить три тысячи команд Unix и читать многие страницы документации, но уже десятилетнему, возможно, захочется разобраться в том, как работает эта система и чего он может достичь с ее помощью.

"Прозрачность" системы – еще один ключевой пункт философии всего проекта. Конечно, открытые исходные коды – необходимое условие, однако одного лишь open source здесь мало. Требуется создать инфраструктуру, максимально упрощающую изучение и модификацию кода.

Такую инфраструктуру обеспечивает специальная Developer-activity, представляющая собой полноценную среду разработки новых видов деятельности. Большинство компонентов XO написаны на языке Python, по мнению многих экспертов являющемся одним из лучших кандидатов на роль первого «серьезного» языка программирования. Юный хакер может модифицировать любую готовую «активность» или даже организовать совместную разработку по всем правилам open source (с патчами, контролем версий и т. д.), а также использовать приемы экстремального программирования благодаря функциям совместного редактирования кода в реальном времени (эта возможность присутствует и в обычном текстовом редакторе, основанном на AbiWord).

Впрочем, вся эта деятельность доступна скорее достаточно продвинутым пользователям, нежели начинающим – разбираться в реальном коде реальных приложений – нетривиальная задача даже для людей, уже владеющих базовыми навыками программирования.

Получить же их можно с помощью «активности» eToys – визуальной среды разработки мультимедийных приложений. Основанная на языке Squeak (вариации легендарного Smalltalk) и созданная специально для обучения программированию, эта система позволяет максимально интуитивным способом создавать и модифицировать интерактивные "книги", объединяя и настраивая различные объекты, управляемые скриптами.

Вперед в будущее?

Многие вещи, о которых я рассказал выше (и те, которые не поместились в формат этого краткого обзора), пока не реализованы в коде и остаются скорее концепциями, либо реализованы не до конца (трехсоткилобайтный документ, описывающий пользовательский интерфейс системы, доступен на wiki.laptop.org). Посмотреть «вживую» мне удалось только на eToys и, отчасти, на зуммируемый рабочий стол (не слишком функциональный на одиночном компьютере, не включенном в беспроводную сеть с другими подобными устройствами). Однако это не самое главное. Как писал Джереми Эллисон (Jeremy Allison) в статье для ZDnet, «даже если OLPC потерпит неудачу, он существенно повлияет на компьютерный ландшафт». Идеи, заложенные в его основу, стоят того, чтобы их реализовали. И они будут реализованы. В рамках этого проекта или другого, через полгода или десять лет – уже не столь важно.