В основе многих научных открытий лежит парадоксальный принцип: мы намеренно создаем себе трудности, ищем решения еще не существующих проблем – и эти решения потом оказываются бесценными в более простых ситуациях и менее экстремальных условиях. Классический пример – история с созданием точных часов. Английским мореплавателям нужно было научиться определять свое местоположение в открытом море, где единственными ориентирами служат солнце и звезды. Часы, показывающие точное время по Гринвичу, позволяли по высоте солнца в полдень вычислить долготу.
Если задуматься, космические полеты мало чем отличаются от морских путешествий. Оказавшись вдали от земли, сталкиваешься с проблемами, которых просто не существует на берегу.
Эта проблема становится еще острее при полетах к другим небесным телам. В экстренной ситуации на МКС космонавт может вернуться домой за несколько часов. С Луны этот путь займет три дня. А вот с Марса – месяцы, да и то лишь когда положение планет благоприятно для возвращения, то есть раз в 26 месяцев. «Отправившись к Марсу, вы уже не сможете повернуть назад, – пишет Томмазо Гидини, глава отдела механической инженерии ЕКА. – Придется пройти весь путь туда и обратно, а это минимум полтора года. В первых полетах экипаж будет небольшим – около шести человек. И среди них обязательно должен быть врач, которого мы называем хирургом Макгайвером»[125].
В июле 2019 г. грузовой корабль SpaceX доставил на МКС необычный прибор – 3D-принтер для биологических тканей, получивший название 3D BioFabrication Facility (BFF). Как и формирование белковых структур, рост клеток и тканей сильно зависит от гравитации – особенно когда речь идет о выращивании искусственных органов[126]. Невесомость открывает новые возможности: она позволяет послойно создавать ткани, используя, например, стволовые клетки. BFF использует в качестве «биочернил» белки, полученные из тканей и зрелых человеческих клеток (стволовых или плюрипотентных), и печатает из них живую ткань. Первые эксперименты уже позволили создать образцы сердечной ткани и элементы человеческого мениска. Параллельно идет работа над другими проектами: компания LambdaVision разрабатывает технологию печати искусственной сетчатки[127], а Немецкий центр авиации и космонавтики (DLR) создает аварийный набор для печати лоскутов кожи при ранениях[128].
ЕКА уже давно работает над внедрением подобных медицинских технологий. В 2019 г. агентство возглавило консорциум, в который вошли компании OHB System AG и Blue Horizon, а также клиника Дрезденского технического университета. Им удалось напечатать на 3D-принтере фрагменты кожи и кости из стволовых клеток – специально для использования в космосе[129]. Как пишет Томмазо Гидини в своей книге «Человек звездный»:
«Мы научились создавать кожную ткань из фибробластов и плазмы – материалов, которые легко получить у членов экипажа. <…> Для выращивания костной ткани использовали ту же технологию, но добавили фосфат кальция в качестве питательной основы – после имплантации костная ткань полностью поглощает его и использует для роста. <…> Теперь мы можем воссоздавать кожу и кости, не прибегая к трансплантации из других частей тела – ведь в космосе дополнительные раны заживают с трудом. А поскольку ткани выращиваются из собственных клеток пациента, исключен риск отторжения.
<…> Это только первый шаг масштабного проекта. Наша цель – сделать регенеративную медицину и печать человеческих тканей доступными в космосе и на других планетах. Мы определяем, какое оборудование потребуется на борту, как должны быть устроены операционные и стерильные помещения, какая роботизированная поддержка и искусственный интеллект нам необходимы. Изучаем, какие еще ткани нужно научиться воспроизводить, чтобы в итоге создавать целые органы.
Мы планируем установить такой принтер на МКС. Это позволит выращивать ткани из стволовых клеток наших астронавтов прямо в космосе и проверять, как они ведут себя в условиях длительных полетов, а также разрабатывать персонализированные лекарства для каждого участника будущих экспедиций»[130].
Если представить человеческое тело как машину, которая может выходить из строя, то космос становится идеальной лабораторией для создания запасных частей. И эти технологии неизбежно найдут применение в земной медицине. Гидини продолжает:
«Возьмите любую технологию – микропроцессоры, цифровые камеры, новые материалы и конструкции. Для работы в космосе все должно быть компактнее, экономичнее, устойчивее к экстремальным условиям и удобнее для транспортировки. Это требует предельной оптимизации и миниатюризации каждого элемента. Но созданные для космоса технологии не остаются там навсегда – они становятся доступными всему человечеству, делая оборудование дешевле и надежнее. То же самое произойдет с биопечатью и регенеративной медициной. Разработанные для космоса, эти технологии найдут широчайшее применение на Земле. Ставки невероятно высоки: мы сможем проводить трансплантации без доноров, списков ожидания и риска отторжения, лечить тяжелые травмы без дополнительных хирургических вмешательств, тестировать новые лекарства прямо на выращенных органах, сводя к минимуму испытания на животных и людях»[131].
МКС также оснащена принтером для работы с пластиком. Он выполняет похожую функцию: печатает запчасти и инструменты прямо на станции. Теперь не нужно ждать недели или месяцы, пока их доставят с Земли, или тратить драгоценное место и деньги на транспортировку запасных деталей.
Каждое из этих достижений – результат колоссальной работы ученых, создавших технологии и методики, способные изменить жизнь людей к лучшему не только в космосе, но и на Земле. Это особенно важно, если вспомнить о постоянной нехватке донорских органов или о таких неизлечимых дегенеративных заболеваниях, как пигментный ретинит.
А что, если взглянуть на эти технологии в контексте другой планеты? Тогда их потенциал раскрывается еще ярче, а практическая польза оказывается куда больше, чем можно было ожидать. Возможность напечатать лоскут кожи для лечения ожога или травмы в сотнях миллионов километров от Земли – одно из главных достижений космической медицины. Но самое удивительное – насколько земным может быть применение этих технологий. Работа в развивающихся странах, в отдаленных деревнях и больницах без современного оборудования, материалов и квалифицированных врачей во многом напоминает космическую медицину. Разработка научных методов, инструментов и протоколов для марсианской экспедиции поможет спасать жизни в пустынях, в городах, пострадавших от природных катастроф или пандемий. В 2020 г. это наглядно продемонстрировал проект ICUTrain – поезд-госпиталь с клиниками и отделениями интенсивной терапии, где космические технологии объединились с железнодорожными, системами кибербезопасности и искусственным интеллектом.
Впрочем, медицина – далеко не единственная область орбитальных исследований. Например, американская корпорация Procter & Gamble, мировой лидер в производстве потребительских товаров, использует МКС как уникальную лабораторию для изучения молекулярной структуры своей продукции. Результаты этих экспериментов помогают улучшать качество товаров, которыми пользуется почти 5 млрд человек, – от шампуней и стиральных порошков до зубных паст и средств для бритья. Неудивительно, что компания занимает более 20% мирового рынка.
В постоянно обновляемом списке экспериментов NASA можно найти десятки компаний – от стартапов до транснациональных гигантов и фармацевтических концернов. Все они вкладывают средства в исследования, стремясь усовершенствовать формулы, материалы и технологии производства. Уже много лет частный бизнес использует орбитальную инфраструктуру, созданную государствами, как площадку для инноваций: здесь совершенствуются существующие продукты и рождаются совершенно новые. Космос стал настоящим катализатором идей и возможностей. У этой истории уже немало ярких страниц, но самое интересное, похоже, только начинается.