Biotech, neurotech en nanotech: 3 grote trends in 2017

• Biotech: het leven als technologie
• Neurotech: breintechnologie en neurohacks
• Nanotech: microscopisch is groots
• Samenkomst van deze technologieën zal alle aspecten van ons leven fundamenteel veranderen

Er komt geen eind aan innovatie en het is transversaler dan ooit tevoren. Google, NASA en de Singularity University hebben biotech, neurotech en nanotech omschreven als drie van de meest belangrijke exponentiële trends van dit moment en de ruggengraat van radicale innovatie. Samenkomst van deze technologieën belooft alle aspecten van ons leven fundamenteel te veranderen.

Biotech – het leven als technologie

Bij biotechnologie is verbeelding even belangrijk als wetenschap. Het is een complexe technologie die we in ons voordeel moeten omvormen. Om het leven zelf te kunnen manipuleren, moeten wetenschappers de beste kwantumcomputers koppelen aan innovatieve nanotechnologie en vooruitgang in biologie en scheikunde. In dat kader onderstreept ook biotechnologie de groeiende trend dat wetenschappen en bouwkunde steeds meer met elkaar en de snelste computers – die een toenemende verwerkingscapaciteit hebben – verbonden zijn. Wanneer dat bovendien onze verbeelding prikkelt, kan dat leiden tot zeer interessante mogelijkheden.

Onderzoekers van de Universiteit van Californië in San Francisco en de daaraan gelieerde Gladstone Institutes, hebben onlangs een ‘gen-montageplatform’ genaamd CRISPR gebruikt om T-cellen te kopiëren van mensen die genetisch immuun zijn voor de effecten van hiv. Door de cellen van ‘gewone’ mensen aan te passen, is het mogelijk deze genetische weerstand op hen over te brengen. Stel je voor dat je dankzij deze doorbraak in de toekomst kunt worden ingeënt tegen hiv! Dat is pas het begin van deze fantastische trend.

De toekomst van biotechnologie

We kunnen de komende tientallen jaren uitgebreid biotechonderzoek verwachten naar de meest urgente gezondheidsproblemen. De komende tien tot twintig jaar kunnen we wellicht de meest voorkomende vormen van kanker en hartziekten genezen, alzheimer voorkomen en ernstige vormen van autisme uitbannen. Onderzoekers maken zulke grote vorderingen op het gebied van biotechnologie dat zij dichtbij doorbraken zijn waarop binnenkort al actie kan worden ondernomen.

Guoping Feng en een onderzoeksteam van het MIT hebben bijvoorbeeld laten zien dat zij gedragssymptomen van autisme bij muizen kunnen verminderen. Het Shank3-gen is een eiwit dat neuronen in staat stelt met elkaar te communiceren. Door dit gen tijdens de embryonale ontwikkeling stil te leggen, maar het in de eerste levensfase alle ruimte te geven, kan men invloed uitoefenen op de manier waarop autisme zich uit. Tijdens vervolgonderzoek aan de Washington University School of Medicine in St. Louis (WUSTL) is een ander gen geïdentificeerd dat aan autisme is gerelateerd. Dit neurofibromatose type 1-gen (NF1) is tevens verantwoordelijk voor een zeldzame vorm van kanker. Stephanie Morris, een van de onderzoekers, legt uit: “Ons onderzoek laat ook zien dat dit enkele gen ook verband houdt met afwijkingen in het autismespectrum bij dezelfde patiënten. Hiermee kunnen we teruggaan naar het begin van de DNA-streng om te ontdekken of er gedeelde patronen zijn die bijdragen aan autisme in een breder deel van de bevolking.” Het feit dat dit enkele gen nauw verbonden is met autisme, betekent vooruitgang op de weg naar genezing.

Nu de vergrijzing wereldwijd toeneemt, groeit ook het aantal ouderdomsziekten. Het is bekend dat het verslechteren van de gezondheid verband houdt met celveroudering. De cellen delen zich niet meer en komen terecht in een permanente statis. Deze verouderde cellen staan aan de basis van ziekten als osteoporose, staar en aderverkalking. Wetenschappers hebben het tot nu toe nauwelijks aangedurfd daar wat aan te doen, uit angst dat de cellen zich juist sneller en ongecontroleerd gaan delen waardoor het risico op kanker toeneemt. Maar dat is verleden tijd.

Onderzoekers van het Mayo Clinic College of Medicine hebben daar namelijk een oplossing voor gevonden. In plaats van te proberen het gedrag van deze problematische cellen te veranderen, besloten ze die cellen te verwijderen. Tijdens vooronderzoek met laboratoriummuizen, dat in 2016 werd gepubliceerd in ‘Nature’, ontdekten ze dat het twee keer per week uitspoelen van de oude cellen leidde tot minder hart-, nier- en oogziekten. De levensverwachting van de laboratoriummuizen nam bovendien met een derde toe.

De Mayo Clinic was zo onder de indruk van de resultaten, dat ze de oprichting van Unity Biotechnology, een startup die gedeeltelijk is gefinancierd door Jeff Bezos (Amazon), heeft ondersteund. Bovendien is een begin gemaakt met de voorbereiding van het testen van deze techniek op mensen. Het voornaamste doel is niet onze levensverwachting te verhogen – wat waarschijnlijk toch zal gebeuren – maar vooral de levenskwaliteit. Stel je voor dat je 150 wordt, maar je 35 blijft voelen! Dit is dichterbij dan je denkt.

De komende tien tot twintig jaar kunnen we wellicht de meest voorkomende vormen van kanker en hartziekten genezen, alzheimer voorkomen en ernstige vormen van autisme uitbannen.

Neurotech – breintechnologie en neurohacks

Door te focussen op de interactie tussen brein en computer, verbindt neurotechnologie gedachten met de buitenwereld. Door middel van complexe sensoren en nieuwe wetenschappelijke en technologische ontwikkelingen, biedt neurotechnologie blinden mogelijkheden om weer te zien, dwarslaesiepatiënten (weer) te lopen en depressieve mensen zichzelf te helen. Neurotech stelt ons ook in staat om machines met onze gedachten te besturen waardoor we in principe zelfs aanverwante technologieën als robotica en zelfrijdende systemen kunnen revolutioneren. De sleutel tot deze nieuwe technologie is de brein-computer interface (BCI), een systeem dat zorgt voor een directe meting van breinactiviteit door kleine elektrische signalen te vertalen in een taal die de computer kan begrijpen. Daardoor kan een enkele gedachte in feite alles besturen dat kan worden geautomatiseerd. Klinkt als sciencefiction?

Phillips is nu al bezig met de ontwikkeling van medische systemen voor thuisgebruik die gebruikmaken van BCI. Daardoor kunnen patiënten die lijden aan neurodegeneratieve aandoeningen als alzheimer en de ziekte van Parkinson hun medische apparaten zelf thuis besturen. Deze systemen meten de elektrische activiteit van de hersenen die wordt gegenereerd door bepaalde gedachten, zoals ‘open mijn e-mail’. De interface vertaalt deze gedachten in een opdracht, zoals een stemgestuurd systeem zou doen, waardoor een patiënt met een beperking of spraakgebrek toch in staat is apparaten te activeren en besturen, zonder dat hij zijn stem of handen hoeft te gebruiken. Hierdoor wordt onafhankelijkheid een bereikbaar doel voor mensen die anders voortdurend zorg nodig hebben.

De toekomst van neurotechnologie

Neurotech ontwikkelt zich steeds sneller. Verfijndere BCI’s en snellere computers maken het mogelijk de big data die de hersenen produceren te analyseren. Binnenkort krijgen we bijvoorbeeld ook met stemmingstherapie te maken. Thync lanceert een draagbaar bandje dat de hersenen stimuleert om een ontspannen of juist energiek gevoel te creëren, afhankelijk van de stemming waar de drager behoefte aan heeft. Het Thync-bandje zendt via een kleine pleister boven de wenkbrauw signalen naar de frontale cortex, waardoor gebruikers bijvoorbeeld meer energie krijgen of zich beter kunnen concentreren of ontspannen. Verdere ontwikkelingen op dit gebied zal naar verwachting directe stemmingsbeoordeling en-correctie mogelijk maken. In de nabije toekomst kan men met een wearable de komst van een depressie misschien wel voorspellen en de chemie van de hersenen aanpassen om dat te voorkomen. Dat zou het einde betekenen van de conventionele medicijnen.

Zo mogelijk nog interessanter is de ontwikkeling van een BCI die het menselijk brein kan uitbreiden. Deze neurohybriden, een stap in de richting van cyborgs, zullen slimme of intelligente hersenimplantaten hebben die het lerend vermogen, het geheugen en motorische functies in real time verbeteren door hersenactiviteit te monitoren en onmiddellijk aan te passen als dat nodig is om prestaties te maximaliseren. Stel je voor dat je op dezelfde manier door je herinneringen kunt ‘scrollen’ zoals je dat met berichtjes op je telefoon doet of dat je je hartfunctie en spiergroei met je hersenen kunt beoordelen en beïnvloeden.

Aan de andere kant zijn de ethische uitdagingen die deze technologie oproept immens. Moeten we neurohybriden toestaan om het op sportgebied op te nemen tegen ‘gewone’ atleten? Zal de niet-hybride mens kunnen meekomen op het werk, of zal deze nieuwe tech leiden tot een onderklasse van ‘normale’ mensen? Zullen deze ontwikkelingen de effecten van sociale en materiële ongelijkheid alleen maar vergroten? Terwijl we neurotech verder ontwikkelen, moeten we misschien door de sciencefictionboeken bladeren om te zien wat de ethische aspecten van deze extreem futuristische technologie kunnen zijn.

https://www.youtube.com/watch?v=qT67rpURAgE

Nanotech – microscopisch is groots

Kleiner dan klein en met het blote oog niet te zien. Een miljoenste deel van een millimeter. Dat is nanotechnologie. Nanotech is net zo spannend als gecompliceerd. Deze technologie onderzoekt en gebruikt de verrassende eigenschappen van microdeeltjes en zet daarmee de regels van de fysica en de scheikunde op z’n kop. Van antimicrobiële vormen tot buizen met omhulsels die niet dikker zijn dan een atoom: nanotechnologie belooft een radicale disruptie van materiaalwetenschap en geneeskunde.

Met nanotech zijn we in staat om nieuwe materialen te ontwikkelen en eigenschappen van materialen te veranderen. Zo kan een stof die niet geleidend is opeens heel geleidend gemaakt worden. Op deze manier kunnen we supersnelle computers of gevoelige meetinstrumenten maken. Nanotechnologie bestaat uit fundamenteel en toegepast onderzoek. Bij fundamenteel onderzoek probeert men bijvoorbeeld te begrijpen wat er gebeurt als je atomen aan elkaar koppelt. Met toegepast onderzoek worden manieren gevonden om deze nieuwe materialen te gebruiken.

Nanotech is overigens geen op zichzelf staande technologie. Nanotech omvat ontwikkelingen op meerdere terreinen, zoals fysica, scheikunde, 3D-printtechnologie, biologie en bouwkunde. En deze aanvullende wetenschappelijke ontwikkelingen geven de werkelijkheid opnieuw vorm door een onvoorstelbare variatie aan toepassingen mogelijk te maken.

Als technologieën waarvan we dagelijks afhankelijk zijn – denk bijvoorbeeld aan communicatiesatellieten – kapot gaan is reparatie meestal heel duur. Het is onpraktisch om de satellieten terug te halen als een circuit uitvalt en in de ruimte repareren is vaak ook geen optie. Maar nanodeeltjes kunnen ervoor zorgen dat satellieten zichzelf herstellen. Dat bespaart miljoenen en garandeert een langdurige ononderbroken dienstverlening. Het duurt niet lang meer voordat bijna alle elektronica zichzelf kan repareren.

De toekomst van nanotechnologie

In de toekomst is het gebruik van nanotechnologie de normaalste zaak van de wereld. De kosten van fossiele energie zullen binnen afzienbare tijd waarschijnlijk weer stijgen, wat betekent dat we radicale oplossingen voor duurzame energie kunnen verwachten. Het komende decennium wekken vloeren en wegen, mede dankzij deze technologie, groene energie op. Xudong Wang, wetenschapper aan UW-Madison, heeft ontdekt dat de cellulose nanovezels in houtpulp – een makkelijk beschikbaar, goedkoop en recyclebaar product – de elektrische ladingen produceren die dat mogelijk maken. Het resultaat is een goedkope techniek die gratis energie genereert uit de druk en frictie die worden uitgeoefend op de vloer of het wegdek waaronder het is aangebracht.

Als de techniek van mini-sensoren verbetert, kan de infrastructuur zichzelf straks repareren. Atomisch kleine sensoren in wegen, bruggen, tunnels en ons elektriciteitsnet kunnen beschadigingen ontdekken en doorgeven aan nanomachines die zelf voor reparatie zorgen. Deze ‘zelfhelende’ techniek is straks wellicht ook toepasbaar in vliegtuigen, schepen en zelfs in het menselijk lichaam.

Samenkomst van deze technologieën zal alle aspecten van ons leven fundamenteel veranderen

De convergentie van biotech, neurotech en nanotech heeft de potentie de manier waarop we leven fundamenteel te veranderen. De opkomende realiteit van convergentie is al te zien in toepassingen in de kunstmatige intelligentie, genomics, bio-informatie en robotica. Voorbeelden zijn:

• Aanzienlijk verbeterde manieren voor het toedienen van medicatie
• Nieuwe energieopwekmethoden en nieuwe supercomputers, gebaseerd op biologische processen
• Ongekende controle over de structurele eigenschappen en de biocompatibiliteit van materialen
• Zelfassemblerend, selfhelend en zelfreinigend textiel en structurele materialen die lichter en meer aanpasbaar zijn
• Miniatuursensoren die zorgen voor aanzienlijk betere diagnoses en real-time monitoren van de gezondheid

De opwindendste technologietrends van 2017 transformeren de toekomst. Het is een spannend idee dat sommige dingen die nu nog sciencefiction lijken in werkelijkheid al mogelijk zijn. Om het wetenschappelijk onderzoek naar trends die de toekomst definiëren op de juiste manier te analyseren hebben we voor dit e-book harde feiten en de best mogelijke inzichten gebruikt. Veel plezier met Trends 2017!