Первая вакцина против ВИЧ, полноценный робот-хирург и создание электроэнергии из вакуума Обзор главных событий в мире науки и техники
Виктор Зайковский
Начало года так или иначе связано с озвучиванием планов на этот самый год. 2022-й начался с заявления SpaceX, которая собирается увеличить частоту запуска ракет и довести число запусков до 52.
В совместном с NASA заявлении компания уточнила, что погоня за рекордом никоим образом не отразится на безопасности запусков. Правда, никто не уточнил, будут ли входить испытательные полеты прототипов новых ракет в общее число.
SpaceX запустит еще больше ракет в 2022 году
С появлением ракет Falcon 9 и Falcon Heavy SpaceX удалось снизить стоимость одного запуска в 2–3 раза: с 60–90 млн долларов до 30 млн, а в последние годы общее число запусков стабильно растет. Так, например, в 2020 году было произведено 26 успешных пусков, а в 2021-м – уже 31, ну а за время, прошедшее с начала 2022 года, осуществлено уже 5 запусков. Все упомянутые пуски обходились без экипажа на борту, однако полный график работы на 2022 год включает в себя несколько запусков ракет с экипажем на борту.
Началось испытание вакцины от ВИЧ на людях
Компания Moderna, производитель одной из мРНК-вакцин от коронавируса, начала тестировать на людях вакцину против ВИЧ. Она как раз была создана на базе упомянутой вакцины от Covid-19. В ближайшие 6 месяцев Moderna будет внимательно наблюдать за здоровьем добровольцев и оценивать реакцию организмов на препарат. В первой фазе клинических испытаний участвуют 56 человек, которые не имеют ВИЧ. Часть из них получит новую вакцину, а часть – бустерную прививку.
Матричная РНК, лежащая в основе вакцины, «учит» клетки производить белки, которые запускают иммунный ответ. Вырабатываемые антитела способны справиться с различными вариантами ВИЧ. Общее число людей в мире, живущих с ВИЧ, оценивается в 37 млн человек (по данным на 2020 год), причем больше половины из них (53%) – это женщины и девочки. В США около 1,2 млн человек имеют ВИЧ-положительный статус. До этого ни одна вакцина от ВИЧ не прошла клинических испытаний, а единственным вариантом «лечения» на сегодняшний день является антиретровирусная терапия, которую в 2020 году получало 28,2 млн человек. На вакцину Moderna возлагаются большие надежды, поскольку она успешнее прочих прошла испытания на животных – в частности, у привитых макак вероятность заражения вирусом иммунодефицита снизилась на 79%.
Ученые осуществили полную регенерацию лап у лягушки
Еще одно важное событие для науки – команда ученых-биологов из Канады и США смогла добиться полного восстановления ампутированных лап у лягушек. Восстановленные конечности практически не отличались внешне от прежних и могли полноценно функционировать. Почему именно лягушки? Дело в том, что у головастиков и молодых особей лягушек способность к регенерации конечностей имеется изначально, но по мере взросления они ее теряют. Собственно, в эксперименте принимали участие только взрослые особи. Ученые взяли 115 гладких шпорцевых лягушек, ампутировали им задние лапы до середины бедра с использованием обезболивания, а затем разделили их на 3 группы. Земноводным из первой группы на лапки надели силиконовые колпачки-биореакторы, в которых находится специальный гель с коктейлем из сигнальных белков. Вторая группа получила аналогичные колпачки-биореакторы без коктейля из сигнальных белков, а третья группа просто осталась без лапок. Спустя полтора года были зафиксированы результаты эксперимента.
Как оказалось, лягушки из второй и третьей групп остались без лап, а места ампутации просто заросли волокнистой тканью. А вот у первой группы за время эксперимента развились полноценные лапы – с костями, кровеносными сосудами, нервами и кожей. Лягушки ощущали прикосновения и вообще могли пользоваться конечностями как родными. Ученые описали всего два недостатка у восстановленных конечностей. Во-первых, они оказались чуть меньше оригинальных в целом. А во-вторых, пальцы получились не столь ярко выраженными. Впрочем, исследователи не исключают, что в случае с большей длительностью эксперимента пальцы могли бы восстановиться полностью, польку после завершения эксперимента было отмечено, что пальцы продолжают расти.
Разумеется, ученые очень надеются, что в конечном счете аналогичным образом можно будет восстанавливать потерянные конечности у людей. Известно, что человеческий организм в раннем возрасте имеет неплохие способности к регенерации – например, у детей заново отрастают кончики пальцев, однако с возрастом эта способность блокируется. Упомянутый коктейль из сигнальных белков воздействует на генетический код и запускает процесс регенерации, попутно подавляя процессы воспаления и образования фиброзной ткани.
Робот в США впервые провел операцию на кишечнике
Хорошие новости из Университета Джона Хопкинса: автономный робот STAR впервые в истории провел лапароскопическую операцию на кишечнике свиньи без участия человека. А значит, медицина еще на шаг приблизилась к проведению полностью автоматических операций на людях.
В чем основная сложность? Такие операции требуют максимально точных действий и являются максимально непредсказуемыми. Опытный хирург без проблем принимает решения в нестандартных ситуациях, но у роботов, поведение которых описывается четкими алгоритмами, с этим возникают трудности. Обновленная версия робота STAR отличалась большей точностью и автономностью. Кроме того, она имела систему визуализации, а также все необходимые хирургические инструменты и систему мониторинга жизнедеятельности пациента. Последняя как раз и позволяла корректировать действия в реальном времени. Всего робот провел 4 таких операции и справился лучше человека.
Более ранняя версия STAR проводила аналогичную операцию еще в 2016 году, но тогда для этого требовался больший разрез для лучшего доступа к кишечнику, а также помощь человека на разных этапах.
Ученые успешно получили электричество из пустоты
Не менее впечатляющее открытие произвела группа ученых из США, Великобритании, Японии и Испании. Они сумели получить устойчивое самоусиление электрического тока в графеновых структурах буквально из пустоты – из вакуума. Такой эффект описал физик Джулиан Швингер примерно 70 лет назад на основе формул квантовой электродинамики. Суть примерно следующая: электрическое поле (очень мощное) разделяет вакуум на пару частиц – электрон и позитрон, которые противоположны по заряду и в сумме дают ноль. Это примерно то же самое, что и разложение нуля на –1 и +1. Закон сохранения энергии не нарушается, а энергию для появления этих частиц дает электрическое поле.
В естественных условиях такие пары из частицы и античастицы постоянно рождаются из вакуума, однако они мгновенно уничтожаются, а энергия возвращается обратно в вакуум. Если такой процесс происходит в сверхмощном электрическом поле, то его энергии хватает, чтобы частицы успели отдалиться друг от друга и продолжить существовать. Прежде считалось, что в земных условиях получить такой эффект невозможно, а в космосе он наблюдался только вблизи одного из типов нейтронных звезд –магнетаров. Секрет успеха лабораторного исследования заключается в графене – материале, который представляет собой углеродную решетку толщиной в один атом.
Суть эксперимента заключалась в максимизации скорости электронов для проверки графена на прочность. И когда ученые подняли скорость до тысячи километров в секунду, графен выдержал, а самоусиление тока стало возможным благодаря эффекту Швингера. Как признался Алексей Бердюгин – один из ученых, принимавших участие в эксперименте, – они хотели получить сверхпроводимость в графеновых решетках, но в итоге получили неожиданное явление из области астрофизики. В теории полученный эффект позволит создавать электронные устройства принципиально нового типа, но на этом пути есть непреодолимая (пока что) преграда – графен по-прежнему очень сложный в производстве и дорогой материал. Один грамм графена на сегодняшний день стоит примерно 28 млрд долларов.
Как дела у Cybertruck?
Ну и для тех, кто переживает о судьбе пикапа Tesla Cybertruck, есть свежая пища для размышлений. В сети опубликовали фотографии нового прототипа, которые дают чуть больше представления о том, как будет выглядит серийный автомобиль. Да, мы писали об этом в одном из прошлых выпусков, но теперь у нас есть чуть больше подробностей.
Как и было предсказано, автомобиль все больше отдаляется от того, что показал Илон Маск на презентации два года назад. На новых снимках видно, что у Cybertruck больше нет дверных ручек. Судя по всему, автомобиль каким-то образом распознает своего владельца (возможно, по приближению смартфона, настроенного заранее) и открывается автоматически. Кроме того, новый автомобиль оказался немного меньше первоначального прототипа – это может намекать на стремление снизить общий вес. Опять же, предположительно, это нужно для того, чтобы в Европе он был доступен водителям с правами категории B – в большинстве европейских стран автомобили весом больше 3,5 тонн требуют прав категории С.
Стоит отметить еще и то, что колеса Cybertruck больше не имеют аэродинамического кожуха и, скорее всего, будут выглядеть так же, как и в Tesla Model 3 и Model Y. Но самая хорошая новость: общие очертания кузова сохраняются: он по-прежнему имеет угловатую брутальную форму, кроме того, лобовое стекло получило симпатичный изгиб.
И маленькая ложка дегтя: в 2022 году Tesla Cybertruck не выйдет, по информации агентства Reuters, компания отложила начало производства на 2023 год, поскольку не успевает доработать прототип и настроить производственные линии.
