Как технологии изменят медицину. Медицина будущего: что день грядущий нам готовит? Медицина будущего какая она будет
Словно паук из пластика и стали робот нависает над верхней частью туловища пациента: длинные иглы проникают сквозь кожу и через них вводятся камеры, зажимы и скальпели. С их помощью на экране монитора хирург может удалить простату, прооперировать сердечные клапаны или отсечь фаллопиеву трубу. Даже раны он может зашить с помощью специального джойстика и ножных педалей.
Интерфейс «человек-машина»
Сцена из рекламного ролика производителя медицинских роботов кажется захватывающей и устрашающей. Но к этому пора бы уже привыкнуть. Подобные устройства уже около 15 лет применяются в операционных - только в Германии, по данным производителя, их установлено более 60 штук. Поэтому больший интерес представляет другой участник процесса: врач-хирург. На видео ему достаётся лишь второстепенная роль. И даже если пока он управляет набором инструментов на мониторе с помощью специальных манипуляторов и ножных педалей, послание в целом ясно: и операционные залы не обходятся без автоматизации. Рано или поздно машина заменит человека, которой ей сейчас управляет.
Разумеется, уже довольно давно существуют прототипы, которые могут выполнять определенные хирургические действия без вмешательства человека. Они используют фотоснимки и рентгенограммы, ультразвук и множество других сенсорных данных, чтобы на основании трёхмерной функциональной модели пациента разрабатывать и реализовывать стратегии операций. Первые исследовательские группы уже работают над разработкой нанороботов, которые перемещаются по кровеносной системе, охотятся на раковые клетки или поддерживают иммунную систему.
В последние годы медицина показала поразительное количество подобных сенсационных достижений. Тем не менее, самые большие успехи ещё впереди. Ведь процессы, начавшиеся 200 лет назад как ответ на вызовы промышленной революции, достигли своего расцвета в информационном веке. После того, как медицина объявила человека «ремонтируемым устройством», благодаря новейшим технологиям человек становится информацией и тем самым - частью алгоритмической революции. Если техника и медицина станут единым целым, это может расширить границы человеческого существования. Медицина, если угодно, обещает нам светлое будущее.
Индивидуальные человеческие «запчасти»
Браслет Ava собирает данные о менструальном цикле женщины, чтобы на их основании определить дни, благоприятные для зачатия
Совместное развитие высоких технологий и медицины можно свести к пяти основным процессам: алгоритмическая диагностика и профилактика заболеваний, автоматизация медицинских услуг, миниатюризация и мобилизация лабораторий, индивидуализация медицины и массовое индивидуальное производство человеческих органов.
Объединяет все эти разработки то, что они становятся возможными благодаря достижениям в области алгоритмических данных и обработки сигналов, стабильному, быстрому и повсеместному подключению к Интернету, а также огромным успехам в сфере компьютеризированных медицинских исследований. Однако эти, не только медицинские вехи, не имели бы никакого значения без нового представления о человеке в цифровой форме, а именно - концепции организма как комплексной, принципиально поддающейся управлению системе.
Следствия этой новейшей разработки, как описывает медицинский футурист и писатель Берталан Меско, являются весьма практичными: инструменты диагностики становятся всё точнее и всё чаще пациенты применяют их вместо врачей. Лечение всё чаще может быть направлено на ситуации отдельных пациентов, иногда даже на уровне ДНК. В конце концов, всё больше крупных операций и большинство мелких «планируются» компьютерами и выполняются роботами.
Компоненты для них, а также персонализированные лекарства изготавливаются в лабораториях. В целом изменяются традиционные отношения между пациентом, врачом, лабораторией и машиной: медицина становится индивидуальной, более точной и более сложной. Этот принцип осуществляется вплоть до общественного уровня, где огромные массивы данных о состоянии здоровья большого числа индивидов объединяются в своего рода модель медицинского прогноза для всего населения.
Тренд № 1: алгоритмы лучше лечат
Искусственный интеллект распознаёт рак кожи
Система профилактики рака кожи с применением смартфона действует благодаря распознаванию изображений. Она обнаруживает хаотическое разрастание тканей на фото родимого пятна.
Человеческое тело слишком сложно, чтобы понимать его как целое. Гораздо легче определить неполадки в системе, например, с помощью алгоритмов для распознавания образов. Нарушение сердечного ритма, хаотический рост клеток кожи или изменение голоса могут свидетельствовать о возникшей проблеме. Путём обучения машины в медицине можно отличить норму от отклонения. Это обещает успех, прежде всего, в мобильной профилактике болезней благодаря самим пациентам.
Так, в настоящее время разрабатывается несколько приложений, которые с помощью алгоритмов распознавания изображений могут идентифицировать проблемные родимые пятна, и они уже выполняют это точнее, чем когда-либо мог делать человек. Для этого не требуется даже очень хорошая камера или дорогой смартфон.
Этот метод является универсальным, независимо от того, используются ли визуальные данные, тоны сердца, особенности речи или абстрактные наборы данных. Путём сбора данных алгоритм учится отличать желательные образцы от нежелательных и затем с поразительной точностью находит их в новых данных.
Благодаря тому, что этот подход настолько хорошо зарекомендовал себя, он в настоящее время также испытывается для раннего определения болезни Паркинсона и шизофрении на основании коротких записей речи. Тем не менее, он также может применяться для анализа существующих массивов данных с целью поиска ранее неизвестных закономерностей, независимо от того, идёт ли речь об нераспознанных симптомах, скрытых взаимодействиях или даже мошенничестве с рецептами.
Впрочем, у алгоритмов уже появляются противники: поскольку алгоритмы находят связи, не улавливаемые ни одним человеком, они становятся непонятными (см. блок Проблема «черного ящика»).
Тренд № 2: роботы-хирурги и наномедицина
Робот-«оригами», созданный в Массачусетском институте, разворачивается в желудке или кишечнике; управление и перемещение осуществляется с помощью внешнего магнитного поля
Компьютеры уже довольно давно оказывают помощь при планировании хирургических вмешательств, а запрограммированные роботы, такие, как хирургическая система da Vinci, ассистируют людям-хирургам, обеспечивая выверенное перемещение инструментов. Их потенциал увеличивается вместе с точностью конфигурации их моделей пациентов.
Благодаря новым методам распознавания изображений они теперь настолько точны и современны, что роботы могут проводить операции частично или полностью автоматически. Так, например, робот Smart Tissue Autonomous Robot (STAR) под наблюдением сшивает мягкие ткани с миллиметровой точностью. Свои выходные данные он получает от системы флуоресценции и передачи изображений в 3D, а также датчика давления.
В будущем медицинские наноботы будут выглядеть следующим образом: действующие подобно рою устройства размером с клетку, которые самостоятельно выполняют «профилактические работы» в организме, например, помогают при наращивании костей или отмечают клетки опухоли для иммунной системы. При этом наномедицина будет использовать механизмы тела: наноботы плывут в жидкостях организма к своей цели, как мини-«бродяги» прикрепляются к аутогенным клеткам или располагаются и формируют ткань вокруг органов, нуждающихся в помощи.
Тренд № 3: Из приёмной - в гостиную
Роботы-сиделки оказывают помощь при уходе за пожилыми и больными людьми; их человекоподобный внешний вид создаёт доверительную атмосферу
Основой для медицины будущего представляются новые объёмы данных, в которые также вносят свою долю и сами пациенты, благодаря новым инструментам диагностики и своей инициативе к самостоятельным измерениям. В этом случае смартфон может внезапно сообщить: лучше сходи к врачу, твоё сердце вытворяет странные вещи! Традиционные места медицинского приёма и в самом деле меняются: диагностика производится рядом с пациентом или незаметно по его профилю данных в вычислительном центре.
Кроме того, существует также целый комплекс биодатчиков и мини-лабораторий, которые могут выполнять сложные исследования без профессиональных знаний своих пользователей. Так, например, пациенты с маниакально-депрессивным психозом, к примеру, должны измерять содержание лития в крови с помощью хемосенсоров, а мужчины, желающие иметь детей, - качество спермы.
В виде проглоченной нанопроволоки подобные микро-лаборатории могли бы исследовать весь кишечник на биомаркеры раковых опухолей и, при их наличии, отправить уведомление на смартфон (и согласовать дату посещения проктолога). Благодаря объединению устройств в единую сеть медицинский персонал может управлять всё большим числом операций дистанционно, в том числе с помощью хирургических роботов. Подобные массивы данных смещают фокус с лечения на профилактику. Но они влекут за собой новые требования к защите данных и риски конфиденциальности.
Из 3D-принтера появляются на свет не только «запчасти» для людей, но и «обновления»: более прочные, более эластичные
Проблема «черного ящика»
На машинное обучение возлагаются большие медицинские надежды: с помощью этого метода в массивах данных с высокой степенью надёжности могут определяться известные образцы, например, нетипичное разрастание тканей, изменения речи или неблагоприятные особенности. Однако этот метод рискован! Распознавание образцов, в отличие от традиционных методов, едва ли является убедительным для людей.
Статистически верные, но совершенно бессмысленные взаимосвязи возникают вследствие искаженных данных подготовки алгоритма или большого разнообразия данных. Таким образом, дело доходит до фатальных ошибочных диагнозов, причины которых остаются необъяснимыми. Поэтому исследователи данных (например, Рич Каруана) предостерегают от слепой уверенности в алгоритмических «черных ящиках». Вместо этого необходимо выбирать традиционные методы, даже если они являются менее точными. И ещё: компании оберегают «чёрные ящики» от независимого контроля и тем самым монополизируют знания. Здоровье не должно становиться тайной.
Тренд № 4: биологические имплантаты из 3D-принтера
Пластиковые протезы из 3D-принтера - это только начало: не только печатные оригиналы становятся более сложными и бионическими (например, модель ноги козы, смоделированная командой исследователей). Материалы также становятся более интеллектуальными: новые протезы экономят энергию, передают сигналы обратной связи усилий в нервную систему и даже могут перемещаться с помощью мускульных импульсов.
3D-печать также увеличивает производство биоматериалов. Так, некоторые исследовательские группы представили методы изготовления полностью совместимой человеческой кожи: с помощью одного из них кожу «печатают» непосредственно на рану, которая ранее была измерена с помощью лазера. Другие послойно наносят в кюветы кожные структуры, которые в дальнейшем могут свободно использоваться. Преимущества аддитивной печати: с помощью подобных методов могут также создаваться сложные 3D-структуры из различных материалов, например, целые органы.
Тренд № 5: Индивидуальное лечение
По массе
Сети фастфуда используют высокие технологии для того, чтобы тайком сделать свою еду более полезной. Это могло бы помочь людям, мало заботящимся о здоровье, питаться лучше
Эти четыре разработки встречаются в супер-тенденции персонализированной медицины: вместо диагностики и терапии, направленных на помощь как можно большему числу людей, развиваются методы индивидуального лечения и производятся медикаменты для отдельных пациентов.
Например, при лечении рака лёгких это уже осуществляется с помощью т. н. «таблеточной терапии»: при этом с помощью генетического исследования определяется, существует ли определённая мутация клеток в опухоли, а затем на неё воздействуют специально подобранными медикаментами с меньшим числом побочных эффектов.
Персонализированная медицина пока находится в начале своего пути. Однако на горизонте уже ждёт генетика. В конечном итоге, благодаря новейшему методу редактирования генома CRISPR/Cas, который отличается низкими затратами и пригодностью для использования в массовом порядке, будет применяться индивидуальное вмешательство в генетический материал пациентов и возбудителей болезней.
Актуальная тема дискуссии: фармацевтическая промышленность находится в лихорадочном поиске новых биомаркеров, в том числе молекулярных следов данных или даже таких, из которых могут развиваться опасные болезни, протекающие без симптомов.
Будущее для всех
Соединённые
проводами
Космонавты на борту
МКС постоянно соби-
рают собственные
медицинские данные
и испытывают опера-
ции с использовани-
ем электронных ме-
тодов для оказания
первой помощи в
космосе
Современная медицина всегда была и историей технического успеха. В наши дни, когда всё больше стираются границы между биологией и технологиями, это могло бы означать новый порядок вещей для человека: считаются ли в этом случае болезнями пороки, ранее оцениваемые как природные? Если машины «заболевают», можете ли вы подхватить от них вирусы?
При этом не стоит забывать: величайшие открытия медицины никогда не привлекали всеобщее внимание. Искусство врачевания всегда расцветало именно в тот момент, когда могло принести наибольшую пользу человечеству, то есть тогда, когда оно становилось дешевле, проще, доступнее и универсальнее. И, возможно, это является одной из главных задач медицины будущего: обеспечить возможность исцеления всем, а не только избранным, с огромными затратами и невероятными методами.
Медицина будущего должна оцениваться по результату, а не по внешнему воздействию, поскольку её задачей является лечение болезней, а не празднование сногсшибательных успехов или упование технологическими новациями.
ФОТО: Universidad Carlos III de Madrid; Thomas Splettstoesser/wwwscistylecom/Wikipedia/CC BY-SA 4.0; dpa/Picture Alliance/AP Photos/Eric Risberg; Northwestern University; NASA; Fraunhofer IPA; Melanie Gonick/MIT
Правообладатель иллюстрации Getty Images
Пока в обществе спорят о потенциальном "восстании машин", об угрозах со стороны больших данных и искусственного интеллекта, новые технологии трансформируют одну из главных областей жизни человека - медицину. Каким будет ее будущее?
Здоровье человека - в руках IT-гигантов
На этой неделе СМИ заметили, что недавно компания Apple без широкой огласки запустила проект собственных медицинских клиник первичной медико-санитарной помощи для сотрудников и членов их семей. Сеть получила название AC Wellness.
В списке открытых вакансий "дочки" Apple есть позиция врача-дизайнера оздоровительных программ для населения.
В описании вакансии говорится, что этот специалист должен будет не только отслеживать хронические заболевания пациентов, но и отвечать за укрепление здоровья клиентов, предупреждение и раннее выявление недугов.
Для Apple как работодателя гораздо лучше предоставить своим сотрудникам первоклассную медицинскую помощь, которая будет играть на опережение, нежели тратить деньги на лечение уже заболевших сотрудников.
За эту мысль ухватились и такие крупные компании, как Amazon, J.P. Morgan и Berkshire Hathaway. Совместными усилиями компании решили развивать медицинские технологии и объявили о запуске независимой некоммерческой организации, которая будет заниматься вопросами инноваций и улучшения системы оказания медицинской помощи.
Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Фитнес-трекеры стали по сути новыми "драгоценными украшениями" для современного человека.По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США, ежегодная потеря производительности из-за болезней работников компаний оценивается в 260 млрд долларов. Неудивительно, что крупнейшие американские компании всерьез заинтересовались развитием превентивной медицины.
Выступая ранее на ежегодном собрании акционеров, глава Apple Тим Кук заявил, что его компания способна внести значительный вклад в здравоохранение. Казалось бы: где медицина, и где - производитель айфонов?
Доктор в кармане
В некоторых американских больницах уже пользуются особыми медицинскими платформами на смартфонах и планшетах, которые позволяют пациенту изучать историю болезни, все предписания врачей и при необходимости задать уточняющие вопросы в чате со специалистом. Но это далеко не единственное, что новые технологии могут подарить медицине.
Например, в ноябре 2017 года Apple объявила о запуске совместного исследования с учеными из Стэнфорда. Специально для этого компания выпустила приложение Apple Heart Study, которое позволяет отслеживать отклонения сердечного ритма у пользователей "умных часов" Apple Watch.
Компания, наряду с FitBit, Samsung и другими, также работает над проектом по регулированию в области "цифровой медицины". Проект курирует Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
По мнению Лу Чанг, главы Fusion Fund, венчурной компании, инвестирующей в инновационные проекты, для коммерциализации мобильного сервиса не важно, нравится ли он потребителям, а важно то, нуждаются ли они в нем.
"Здравоохранение - это определенно то, в чем будут нуждаться все," - заключила Чанг в разговоре с Русской службой Би-би-си.
Чанг видит несколько главных аспектов медицины будущего: это персонализированное лечение, индивидуальная диагностика, создание новых лекарств с помощью искусственного интеллекта, роботизация хирургии и терапии, а также курирование цифровыми платформами восстановления пациента после операции или болезни.
"Человечество мечтает найти ключ к борьбе с раком. Он кроется именно в индивидуальных особенностях пациентов и даже в индивидуальных особенностях их раковых клеток. Я сама инвестировала в компанию Mission Bio, которая занимается индивидуальной диагностикой клеток при помощи технологии капельной микрофлюидики и целенаправленно проводит диагностику мелкоклеточного рака, который так сложно обнаружить", - рассказала Чанг.
Такой детальный подход, по ее мнению, позволит находить персонализированный метод лечения рака для каждого пациента.
Media playback is unsupported on your device
Миниробот в костюме супергероя - революция в медицине?Заведующий лабораторией геномной географии Института общей генетики им. Н.И. Вавилова, доктор биологических наук, профессор РАН Олег Балановский тоже считает, что индивидуальный подход к пациенту - это магистральное направление развития современной медицины.
Практика анализа больших биоданных, по его мнению, должна привести к повышению качества диагностики и более точному назначению лекарств, однако происходить это будет не сразу, а постепенно, полагает ученый.
Искусственный интеллект должен помочь человеку не только более корректно подбирать лечение, но и создавать более эффективные препараты. "Открытие новых лекарств при помощи глубокого обучения и возможность быстро анализировать химический состав [препаратов] позволят сильно сэкономить на научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах", - уверена Чанг.
Уже сейчас существуют "фармацевтические компании будущего": такой, например, можно назвать BenevolentAI, хотя прежде всего компания занимается развитием искусственного интеллекта.
Создатель фирмы Кен Мэлвени считает, что мир должен и может видеть гораздо больше научных открытий, в том числе в области фармацевтики, чем мы видим сейчас. Цель его компании - увеличивать эффективность работы ученых, помогая им обрабатывать огромный объем существующего научного знания мощностями искусственного интеллекта.
Мэлвени верит, что искусственный интеллект может перевернуть мир медицинских препаратов. Более того, на сайте его компании высказывается мнение, что ИИ может сделать из любого человека научного эксперта, даже если он не медик.
Эту мысль ярко выразил Эрик Тополь, кардиолог и писатель, в названии своей книги о будущем медицины, которая вышла в 2015 году: "The Patient Will See You Now", что можно перевести как "Теперь пациент вас увидит". И действительно, при помощи инновационных сервисов пациент в какой-то момент может почувствовать себя чуть ли не доктором.
Правообладатель иллюстрации CHRISTOPHE ARCHAMBAULT/AFP/Getty Images Image caption Основатель компании BenevolentAI верит в то, что искусственный интеллект перевернет мир медицинских препаратов.Искусственный интеллект и большие медданные
"Мы живем в счастливую эпоху: чтобы создать персонализированную медицину, нужно собрать огромные базы данных, и раньше это было проблемой. Теперь же у нас есть множество дешевых способов для интеграции данных в разные сервисы. Современные технологии позволяют молниеносно и дешево отправлять данные сразу в облачный сервис. В результате мы можем использовать полный набор данных о людях с целью разработки персонализированного плана лечения", - замечает Чанг.
Возможности машинного обучения уже сейчас позволяют компьютерным алгоритмам быстро ориентироваться в огромном пласте информации и делать определенные выводы о состоянии здоровья пользователя.
В России анализом больших биоданных занимается проект CoBrain. Его цель - создание информационно-аналитической системы по обработке больших нейроданных, которая должна стать своего рода сигналом для появления новых медицинских сервисов, считает руководитель проекта Димитрий Дождев.
CoBrain рассматривает мозг человека в комплексе, что потенциально позволит наблюдать организм пациента в целом, эффективнее контролировать состояние ремиссии, а также назначать более точную терапию, считает Дождев.
По его мнению, CoBrain должен приблизить создание персонализированной медицины в России. К этому готовы уже не только исследователи в медицинских лабораториях, но и врачи на местах. "Основной постулат проекта - мы в вопросах диагностики не заменяем врача. Наша задача - дать инструментарий, который позволит освободить врача от рутины", - добавил Дождев.
По мнению Чанг, искусственный интеллект необходим в области медицинской визуализации.
"По каждому пациенту есть огромный объем визуальной информации, и теперь к нему можно будет "подключать" компьютерное зрение. Компьютеры не собираются никого лишать работы! Просто они могут быстро просканировать изображения и из сотен вариантов выбрать парочку, которые можно будет показать доктору и из которых тот сможет сделать важные выводы. К тому же ИИ может спасти пациента в тех ситуациях, где доктор просмотрел нечто важное", - уверена Чанг.
Правообладатель иллюстрации CRIS BOURONCLE/AFP/Getty Images Image caption ИИ может спасти пациента в ситуациях, где доктор просмотрел нечто важное, говорит о проблемах медицинской визуализации Чанг.Сам себе врач?
Новые медицинские сервисы, о которых сейчас мечтают инноваторы в индустрии здравоохранения, будут не только молниеносно анализировать физические показатели пациента, но и предоставят ему инструментарий для здорового образа жизни.
Согласитесь, если приложение на вашем смартфоне часто посылает вам уведомление о том, что у вас скачет пульс, скорее всего, вы невольно начнете следить за своим образом жизни, чтобы избежать ухудшений. Кто-то, возможно, даже возьмется за самолечение. И именно этот момент вызывает множество споров среди специалистов.
Показателен случай Сергея Фаге, предпринимателя, основателя сервиса "Островок". Его статья "Мне 32 года, и я потратил 200 тысяч долларов на биохакинг" вызвала бурное обсуждение в российском научном и медийном сообществе, при этом получив одобрительные отзывы от видных футурологов Кремниевой долины. В ней Фаге рассказывает, как он "взламывает" биологию своего организма (в том числе анализируя своей геном), чтобы сделать себя "быстрее, выше, сильнее" - а точнее здоровее, моложе и эффективнее.
Некоторые эксперты критиковали Фаге за передиагностику, самоуправство и накачивание своего организма губительным коктейлем из препаратов. Одни трансгуманисты поддержали его, а другие - нашли изъяны в его подходе, хотя и похвалили за пропаганду персонализированной "медицины будущего".
Понять, кто прав, а кто виноват в этом споре почти нереально: в пользу и той, и другой стороны всегда найдется вдоволь научных доводов.
Как поясняет Марина Демидова, директор портала-агрегатора медицинских анализов и лабораторий Lab24, человеку действительно жизненно необходимо знать о ряде мутаций в определенных генах, но только реально значимых, что было доказано серьезными научными исследованиями. Все остальное действительно может привести к передиагностике.
Например, угрозу может нести ген, отвечающий за развитие рака груди - история боровшейся с ним Анджелины Джоли известна многим. "Хорошо, что это происходит. Мы, конечно, сейчас ко всему этому скептически относимся, к тем [генетическим] анализам, которые делают некоторые [коммерческие] компании. Особенно врачи-генетики с вопросами на это все поглядывают. Но в любом случае мы к этому придем", - говорит Демидова.
Правообладатель иллюстрации JONATHAN NACKSTRAND/AFP/Getty ImagesПерсонализированная превентивная и предиктивная медицина, которая занимается полным мониторингом организма по различным показателям, в том числе и с точки зрения генетики, является для медицинской науки сейчас ориентиром. Многие специалисты и визионеры видят потенциал в переходе медицины в онлайн. Сервисы удаленных консультаций с врачами уже запускаются (взять к примеру тот же "Яндекс.Здоровье"), и это только начало.
Исследование генома сейчас - одно из самых популярных направлений не только в лабораториях, но и в открытой пациентам медицине. Появляется все больше сервисов, которые предлагают "разложить ДНК по полочкам" - то есть проанализировать наличие генетических предрасположенностей к тем или иным заболеваниям.
При этом предполагается, что человек каким-то образом сможет предупредить их развитие. Что бывает попросту невозможно, как в случае с болезнью Альцгеймера.
Демидова уверена, что за персонализированной медициной будущее, несмотря на то что постоянное отслеживание биологических показателей пациента, в том числе им самостоятельно, может представлять угрозу для его благополучия.
По мнению Демидовой, в будущем все риски персонализированного и удаленного лечения будут предупреждаться за счет тщательного тестирования гаджетов и мобильных приложений.
Очевидно, что общество движется вперёд семимильными шагами, что способствует развитию медицинских технологий. Если мы попытаемся заглянуть в ближайшее будущее, перед нами предстанет мир новых и продвинутых технологий, которые ещё вчера сложно было даже вообразить.
1. Конструктор ДНК
ДНК служит идеальным носителем, который способен содержать огромное количество информации. Структура ДНК постоянно развивается и изменяется, а её молекулы часто называют строительными блоками живых организмов.
Для исследователей Гарвардского университета эта фраза имеет гораздо больше смысла, чем для простого человека - учёные действительно используют ДНК в качестве строительных блоков для разработки различных структур и систем.
Используя этот метод, учёные закодировали в одной молекуле ДНК 284 страницы книги. Они смогли записать эту информацию благодаря переводу данных сначала в двоичный код, а затем переведя цифры от единицы до нуля в четверичную систему счисления ДНК - A, T, G и C. В результате оказалось, что эти данные могут быть легко считаны, хотя этот процесс пока занимает довольно много времени. Но это пока.
2. Приборы поддержания жизнедеятельности
Такие приборы, как кардиостимуляторы, регулирующие ритм сердца, использует около 700 000 человек в мире. Минусом является то, что они могут служить всего около семи лет, а после этого оборудование подлежит замене. Это не просто сложная, но и дорогостоящая хирургическая процедура. Учёные из университета штата Мичиган решили эту проблему раз и навсегда - они разработали совершенно новый кардиостимулятор, работающий за счёт сокращения сердечной мышцы.
После проведения экспериментов и тестов доктор Амин Карами заявил, что все они дали положительные результаты. По его словам, следующим этапом в испытании нового прибора должна стать имплантация аппарата в живое человеческое сердце. Если технология сработает и покажет положительный результат, она сможет произвести революцию не только в медицинской сфере, но и в промышленной. Этот механизм настолько чувствителен, что может производить электроэнергию при любой частоте пульса.
3. Лечение церебральных нарушений
Мозг - чувствительный орган, повреждение которого может иметь долгосрочные последствия. Для людей с черепно-мозговой травмой комплексная реабилитация, пожалуй - единственная надежда вернуться к нормальной жизни. Но теперь есть альтернативный метод.
Ваш язык связан с ЦНС посредством тысячи нервных окончаний, некоторые из которых ведут прямо к нейронам мозга. Портативные нейростимуляторы (PoNS) стимулируют определённые нервные области языка и посредством этого аппарата мозг получает сигналы для восстановления повреждённых зон. Пациенты, пользующиеся системой, показали значительное улучшение буквально через неделю.
Кроме черепно-мозговых травм система PoNS может быть использована для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, алкоголизм, инсульт, рассеянный склероз и пр.
4. Напечатанные кости
При помощи 3D-принтера исследователи из университета штата Вашингтон создали искусственный материал, обладающий свойствами кости. Эта «модель» может быть пересажена в человеческое тело, пока срастается настоящая кость, а затем она расщепляется и выводится, не причиняя вреда организму.
Главной проблемой был выбор материала для создания кости. Спустя время учёные создали формулу, в которую вошёл цинк, кремний, фосфат и кальций. Смесь опробовали и пришли к выводу, что с добавлением стволовых клеток она будет работать гораздо эффективней.
Для исследования использовали принтер ProMetal 3D. Работает он почти так же, как обычный принтер. В него нужно просто засыпать смесь и распечатать нужную кость.
Основным преимуществом этой технологии является то, что теперь, при правильном сочетании составляющих биологического материала, можно получить любые ткани, даже настоящие органы, с помощью принтера.
5. Пыльца как способ вакцинации
Цветочная пыльца является одним из наиболее распространенных аллергенов в мире. Её структура настолько жёсткая и устойчивая к влаге, что попадая в организм, она без труда пробирается в пищеварительную систему человека. Когда-то же самое происходит при пероральной вакцинации, в организме усваивается далеко не всё количество введённого вещества, так как на него воздействуют соки пищеварительного тракта.
Учёные из Техасского университета решили изучить свойства цветочной пыльцы и разработать вакцину с её использованием. Глава исследования Харвиндер Гилл преодолел основной недостаток использования пыльцы - он удалил с её поверхности все аллергены. Эта технология может оставить далеко позади инъекционный метод вакцинации и стать поворотным событием в медицине.
6. Электронное нижнее бельё
Несмотря на то, что это звучит забавно, нижнее бельё может спасти тысячи жизней. У пациентов, лежащих в коме или без сознания на протяжении нескольких недель и месяцев, могут появиться пролежни - омертвелые ткани, возникающие в результате постоянного давления. Пролежни даже могут иметь смертельные последствия - примерно 60 000 человек ежегодно умирают от инфекций из-за них.
Канадский учёный Шон Дюкелоу смог разработать электронные трусы под названием «Smart-E-Pants». В белье находятся специальные устройства, которые каждые десять минут посылают электрический импульс, заставляя мышцы сокращаться. Эффект от приспособления такой же, как если бы пациент самостоятельно упражнялся. Посредством воздействия на мышцы, электронное нижнее бельё может навсегда решить эту проблему.
7. Клетки мозга из мочи
Китайские биологи из Института Биомедицины и Здоровья в Гуанчжоу, используя человеческую урину, смогли создать стволовые клетки. Основным преимуществом метода является то, что клетки, созданные из мочи, не провоцируют раковых заболеваний, в то время, как эмбриональные стволовые клетки, применяемые в медицине сегодня, к сожалению, имеют такой побочный эффект - после их пересадки нередко начинают развиваться опухоли. Трансплантация клеток на основе урины не приводила ни к каким нежелательным новообразованиям.
Исследователи считают, что этот метод более доступен и практичен для создания стволовых клеток. Нейроны, полученные из мочи, могут использоваться для лечения дегенеративных заболеваний нервной системы.
8. Гель, имитирующий живые клетки
Множество медицинских исследований посвящены попыткам воссоздания человеческих тканей на основе различных материалов. В будущем, при успешном развитии этой технологии, можно обеспечить здоровую жизнь всему человечеству: если, например, один из органов перестал функционировать, его можно вырастить в лабораторных условиях и заменить.
Сейчас учёные разрабатывают гель, имитирующий деятельность живых клеток. Материал формируется в пучки шириной 7,5 миллиардных частей метра, для сравнения, это примерно в четыре раза шире двойной спирали ДНК. Как известно, клетки имеют собственный тип скелета - цитоскелет, состоящий из белков. Синтетический гель заменяет повреждённые ткани в каркасе клетки, останавливая распространения инфекций и бактерий.
9. Магнитная левитация
Ткани искусственного лёгкого были выращены благодаря магнитной левитации. Несмотря на то, что это звучит фантастически, группа учёных под руководством Глуко Соуза в 2010-м году наглядно продемонстрировала, что это возможно. Исследователи поставили цель в лабораторных условиях создать бронхиолу. Для эксперимента использовались крохотные магниты, вводившиеся в клетки.
В результате были получены самые реалистичные синтетически-выращенные ткани лёгкого. Ткань, выращенная благодаря магнитной левитации, может стать прорывом в медицине. Сейчас работа над совершенствованием технологии продолжается.
10. Гель от кровотечений
Небольшая группа учёных потрясла мир науки инновационным открытием: Джо Ландолино и Исаак Миллер смогли создать гель, останавливающий кровотечения любой сложности. Гель работает, герметично закупоривая рану.
Гель от кровотечений создаёт легко усваиваемую синтетическую ткань, которая помогает клеткам срастись. В одном из экспериментов учёные использовали кусок свинины с подведённой трубкой с кровью. Они разрезали мясо, а когда из «раны» потекла жидкость, нанесли на разрез гель, и «кровотечение» прекратилось в течение нескольких секунд. В следующем тесте Ландолино применял гель на сонной артерии крысы. Эксперимент прошёл так же успешно.
Если эту разработку в скором будущем начнут использовать в хирургической медицине, она могла бы сохранить жизнь многим людям.
В мире найдется не так много людей, способных спокойно перенести визит к врачу с целью получения инъекции. Что ж, кажется, кошмар большинства взрослого и, особенно, детского населения планеты близится к концу. При необходимости получения инъекции вас больше не будут «тыкать» иголкой. Вы будете получать персональных нано-роботов. Именно такой станет медицина будущего.
Современная альтернатива уколам была предложена двумя студентами Университета в Йорке – Атифом Саидом и Захарией Хуссейном. Молодые люди полагают, что инъекции давно изжили себя. Сегодня этот способ ввода лекарственных средств небезопасен. Это и вдохновило юных исследователей предложить вариант доставки лекарств на базе использования нано-роботов. Проект получил название «Nanject».
Основой новой технологии будет нано-пластырь. Его поверхность будет состоять из нано-роботов. Проникновение нано-роботов в организм человека будет осуществляться через кожу, а их транспортировка в организме – по кровеносной системе. Так нано-роботы смогут достигать больных тканей.
Атиф Саид и Захария Хуссейн планируют производить пластыри в двух вариациях
- Первая из них будет отличаться наличием мизерной долей лекарственных средств, предназначенной для транспортирования к органам, проблемы с которыми испытывает пациент.
- Предназначение второй будет определяться нано-роботами ликвидаторами, способными находить в организме патологические клетки и осуществлять нагрев до температуры, приводящей к их гибели. После этого температура нано-роботов будет падать, и их выведение из организма будет осуществляться естественным путем.
Исследователи полагают, что нано-пластырь имеет огромные перспективы. По их словам, в ближайшем будущем именно с его помощью люди будут получать всевозможные лекарства, витамины, вакцины и БАДЫ.
Необходимость лечить зубы будет устранена
Британские специалисты в области стоматологии занялись разработкой технологии, позволяющей выращивать зубы непосредственно во рту пациентов. Это настоящая медицина будущего. Методика заключает в себя два этапа восстановления утраченного зуба.
- Во-первых, сюда входит изготовление зачатка зуба. Для этого используются эпителиальные клетки десны пациента, а также стволовые клетки эмбрионов мышей.
- Некоторое время спустя от эпителиальных клеток исходит специальный импульс, который стимулирует превращение эмбриона в некоторый тип зуба.
- После формирования зуба в пробирке его перемещают в среду дальнейшего нахождения – полость рта пациента. Здесь реализуется фаза имплантирования, позволяющая зубу вырасти до нужных размеров.
Предварительные тестирования методики доказывают ее успешность, поэтому повседневное использование такого выращивания зубов возможно уже в ближайшем будущем.
Зубы станут детекторами вирусов
Специалисты из Принстонского университета разработали чип, который помещается на зубную эмаль и сигнализирует об изменениях в состоянии организма. В составе чипа имеется золото, шелк и графен (сверхтонкая пленка углерода) в качестве соединительного материала.
Функционирование устройства возможно даже без батареи, так как радиосигнал передается с помощью антенной катушки. Хотя чип и кажется сложной конструкцией, его крепление к эмали зуба осуществляется при помощи обычной воды.
На сегодняшний день изобретение еще не подходит для целевого использования. Оно имеет достаточно большие размеры, а также не защищено от повреждений во время чистки зубов или еды. Однако инженеры упорно твердят об огромном потенциале данного устройства в контексте мониторинга здоровья человека. По мнению разработчиков, это первый шаг к медицине будущего.
Чип испытали на зубе коровы с добровольцами, согласившимися дышать на устройство. Прибор мгновенно передавал новую информацию на мониторы. Интересно, что в дальнейшем чип будет определять наличие вредоносных бактерий и вирусов не только путем анализа выдыхаемого воздуха, но и посредством разбора компонентов слюны.
Солдаты США будут обладать супер-зрением
Американская фирма «Innovega» обратилась к правительству Соединенных Штатов Америки с просьбой рассмотреть все преимущества своей новой разработки. Это технология, позволяющая в значительной мере улучшить визуальное восприятие объектов окружающей среды.
По словам руководителя компании Стива Уиллея, ее использование в контактных линзах позволит достичь расширения углового зрения человека, а также одновременной фокусировки взгляда на нескольких объектах. Такая модификация зрения позволит превосходить противников во время ведения боевых действий. Первым заказчиком партии устройств стал Пентагон.
Сообщается, что устройства для улучшения качества зрения будут использоваться не только в военно-промышленном комплексе. Стив Уиллей заявляет о скором поступлении линз в свободную продажу, что даст возможность распространять технологию среди широких масс населения.
Тем не менее, офтальмологи предупреждают об опасности использования новой разработки. Специалисты полагают, что эти линзы оказывают негативный эффект на глаза и остроту зрения, ведь они снижают контрастность изображений, воспринимаемых человеком.
Синтетическую кровь можно тестировать на людях
Первая в мире лицензия на исследование синтетической крови с ее тестированием на людях была получена группой ученых, работающей при Шотландском Центре Регенеративной Медицины (Эдинбург). При изготовлении синтетической крови исследователи брали за основу стволовые клетки, выделенные из организма взрослых доноров.
Это качественно отличает полученную кровь от прежних вариантов, базой изготовления которых служили эмбрионы. Если испытания нового продукта пройдут успешно, он сможет нивелировать проблему недостатка доноров и крови, а также избавить человечество от проблем инфицирования при переливании некачественной крови.
Кроме тестирования синтетической крови, исследователи собираются провести испытания медикаментов, изготовленных с использованием стволовых клеток. На это уже имеется соответствующее разрешение. Предполагается, что данные лекарственные средства будут эффективны при лечении пациентов после инсульта и пациентов, которые страдают от ряда заболевания типа рака, диабета или болезни Паркинсона. Такие лекарства станут основой медицины будущего.
Перемещение предметов будет реализовываться за счет силы мысли
Группа инженеров из компании ATR, базирующейся в городе Киото, Япония, разработала систему, гарантирующую выполнение различных действий при помощи мыслей. Эксперимент получил название Network Brain Machine Interface.
В нём было успешно реализовано ряд задач, в том числе управление руками исключительно с помощью силы мысли или включение и выключение света и телевизора. Мысли даже позволили менять направление движения на инвалидной коляске!
Потрясающие результаты стали возможны благодаря шлему, оборудованному множеством сенсоров:
- Устройство фиксирует самые незначительные изменения в токе крови и малейшие колебания импульсов, исходящих от головного мозга.
- Эта информация посылается в аналитический центр, который расположен в инвалидной коляске.
- После анализа запроса происходит его адресация определенному устройству, оборудованному сенсором считывания.
На сегодняшний день промежуток между поступлением запроса и выполнением команды составляет 6-12 секунд. Однако разработчики твердо намерены достичь результата в 1 секунду уже через 3 года. К тому же, они планируют приблизить точность распознавания команд к показателю 80%.
Ожидается, что компания выпустит устройство на рынок к 2020 году. Специалисты полагают, что аппарат существенно облегчит жизнь людей с ограниченными возможностями и людей старшего возраста. Для инвалидов медицина будущего может вернуть полноценную жизнь.
Парень с бионической рукой
Первого и единственного великобританского подростка с бионической рукой зовут Патрик Кейн.
Когда парню было 9 месяцев, менингококковая инфекция вызвала сепсис и необходимость ампутировать правую голень и пальцы на правой руке. В 1 год Патрику достались протезы, которые прослужили ему целых 15 лет, а на 16-летие родители сделали тинэйджеру супер-технологичный подарок в виде бионической руки от шотландской компании Touch Bionics.
Управление бионической рукой осуществляется при помощи смартфона. В комплект поставки включено специальное приложение для операционной системы iOS, которое позволяет владельцу осуществлять контроль над движением своей конечности. В него входят обучающие материалы, ознакомление с которыми позволяет использовать устройство с наибольшей эффективностью.
На запястье протеза находятся датчики, которые фиксируют электрические импульсы при сокращении мышц. Пользователь может выбрать любой из 24 типов захвата. Бионическая рука отличается сверхчувствительностью, позволяющей взять листок бумаги без его наименьшего сминания. В то же время, искусственная рука способна поднимать груз до 90 кг.
Оценивая функциональность изобретения, Патрик Кейн не скрывает своего восторга. Он заявляет, что бионическая рука позволяет проделывать каждодневные операции с куда более высоким уровнем комфорта, чем это было с протезами. Это настоящая медицина будущего. Черная модель бионической конечности, которую предпочел подросток, стоит в пределах 38-122 тысяч долларов зависимо от ее размеров.
Японцы научились делать кожу прозрачной
Ученые из Японии долгое время пытались найти реагент, который бы делал кожу живых организмов прозрачной. Целью этих трудов было облегчение процесса изучения работы внутренних органов. Кажется, умопомрачительное открытие все-таки состоялось.
Пока полученная «сыворотка прозрачности» была испытана лишь на эмбрионах мышей. Сейчас специалисты работают над повышением уровня безопасности сильного химического вещества. Это позволит провести испытания реагента на животных и на людях. Препарат получил кодовое название Scale А2.
Кровеносные сосуды будут выращивать в лабораторных условиях
Группа авантюрных исследователей, работающих при Йельском университете и Университете Дюка (Западная Каролина), открыла новую страницу в истории медицины. Ученые создали сеть лабораторий, специализацией которых является выращивание кровеносных сосудов с их дальнейшим применением в разных операциях.
До этого момента при оперировании использовались вены и сосуды самого пациента. Данный способ имел значительные ограничения, ведь подобное донорство могло быть невозможным в силу отсутствия у пациента подходящих сосудов.
Основой нового метода стало отнюдь не клонирование, обсуждаемое человечеством с повышенным интересом.
- Суть технологии состоит в выделении мышечной ткани трупов, которая помещается в биореактор.
- Здесь развитие ткани проходит в специально разработанных контейнерах, которые обеспечивают ее восстановление.
- Помимо того, эти резервуары способствуют повышению силы и эластичности ткани, которая превращается в кровеносную систему за счет стягивания сети крохотных клеток.
Главной составляющей технологии называют биореактор. Первое использование данного устройства датируется еще 1999 годом. Тогда с его помощью пытались создать сердечную ткань, что происходило в условиях невесомости. О существовании прибора было известно лишь единицам, ведь его собирались применять не только для выращивания человеческих тканей, но и для клонирования продуктов питания.
Новая технология будущего должна решить проблему с донорством органов и очередями на трансплантацию. Разработчики заявляют, что ее внедрение в современный технологический прогресс будет осуществлено уже в ближайшее время.
Пока проект находится на стадии разработки, но финансирование должно поступить сразу после получения позитивных результатов. Обязательным участником проекта станет НАСА, ведь заводы по выращиванию органов должны непременно находится в космосе, чтобы нивелировать воздействие земного притяжения на рост клеток.
Открыт эликсир молодости
Исследователи из Гарварда придумали, как можно омолодить старые органы. Ожидается, что данная медицинская технология сделает жизнь человека более продолжительной. Ее суть сводится к получению одного-единственного укола.
Методика была разработана на основе наблюдений за генами старости.
Общий принцип старения состоит в утрате организмом возможности формировать здоровые клетки, которые бы делились и производили новые клетки. Это связано с тем, что теломеры (концы нитей ДНК) становятся все короче. Достигая критической длины, они провоцируют старение тела.
Рональд ДеФино стал куратором следующего эксперимента. В лабораторных условиях были созданы мыши, не обладающие способностью производить теломеры. Оказалось, что при ухудшении состояния клеток животные сразу же умирали. Опыт был повторен с дополнением в виде ввода мышам энзимов через шприц. В результате процесс старения грызунов пошел вспять, и их клетки стали омолаживаться.
Возможность провести подобные модификации с людьми поможет получить лекарства от преждевременного старения. Правда, перед учеными еще стоит немало вопросов, включающих моральную сторону модификации ДНК, биологический аспект влияния технологии на потомков и потенциальное перенаселение планеты вечно молодыми людьми.
Английский врач возвращает умерших к жизни
Сэма Парниа называют врачом от Бога. Этому реаниматологу удается возвращать людей к жизни даже после клинической смерти продолжительностью три часа! Свое первое место работы специалист нашел в Англии, а сейчас трудится в США. В Медицинском центре университета Стоуни-Брук (Нью-Йорк) Сэм смог поднять показатель выживших после клинической смерти с показателя 16% до показателя 30%. По словам специалиста, это еще не предел.
Сэм Парниа убеждает окружающих в том, что он не волшебник, а результаты его труда – это всего лишь дань науке и здравому смыслу. Он глубоко уверен, что современная медицина продолжает эксплуатировать устаревшие методы и технологии. Реаниматолог изобрел свою технологию воскрешения людей, которую назвал «эффектом Лазаря». Она позволяет спасти жизнь, по крайней мере, 40 тысячам пациентов в год.
Врач не скрывает нюансов своего метода от других специалистов медицинской сферы или простых людей. Данная технология стала предметом повествования в его собственной книге. Тем не менее, другие специалисты не спешат пользоваться полученными знаниями. Еще бы, ведь метод требует немалых стараний и большого количества времени для каждого пациента.
- Базой «эффекта Лазаря» служит информация о системе остановки апоптоз, которая определяет запрограммированную гибель клеток.
- После того, как у человека наступает клиническая смерть, его немедленно охлаждают.
- Его кровь прогоняют через специальный прибор для очистки крови – ЕСМО. Таким образом, внутренняя среда организма очищается от углекислого газа и насыщается кислородом.
С помощью метода Сэму Парниа удалось спасти футболиста Фабриса Мумамба, который пробыл в состоянии клинической смерти несколько часов, и девушку из Японии, состояние мнимой смерти которой продлилось 3 часа.
Процесс развития медицины с каждым годом ускоряется, и 2017 год полон технологий, открывающих новые перспективы лечения людей. «Футурист» составил подборку наиболее актуальных и значимых из них.
Робототехника и автоматизация постепенно преображают то, как врачи выполняют и хирургические операции, и терапевтическое лечение. Новые системы используют достижения программного обеспечения, миниатюризации и робототехники, позволяя проводить минимально инвазивные операции на самых деликатных частях анатомии человека. С каждым годом роботы выполняют все более сложные задачи с невозможной для людей точностью.
Новая хирургическая система da Vinci X
Успешно внедренные модели роботов-хирургов da Vinci продолжают совершенствовать. Новый представитель линейки предоставит хирургам и больницам доступ к передовым технологиям роботизированной хирургии по более низкой цене. Intuitive Surgical, компания-производитель робота, мировой лидер в области роботизированной минимально-инвазивной хирургии, объявила, что ее новая хирургическая система da Vinci X уже получила сертификат соответствия стандартам (CE Mark) в Европе.
«За последний 21 год Intuitive Surgical стала первопроходцем в области роботизированной хирургии, и мы продолжаем лидировать в разработке и выводе на рынок инновационных технологий, ориентированных на результат», - сказал доктор Гари Гутарт ( Gary Guthart), генеральный директор Intuitive Surgical. - «Наши хирурги, больницы и клиенты по всему миру рассказали, что операции с использованием роботизированных технологий имеют огромное значение для их пациентов, подчеркивая важность предоставления выбора с клинической, технологической и стоимостной точек зрения».
Роботизированные системы da Vinci разработаны, чтобы помочь хирургам осуществлять минимально инвазивную хирургию. Однако они не запрограммированы на самостоятельное проведение хирургических операций. Все процедуры выполняются хирургом, который контролирует систему, Da Vinci же обеспечивает 3D-изображение высокой четкости, роботизированную и компьютерную помощь.
Робот-хирург, способный провести операцию на мозг в 50 раз быстрее человека
Хирургия головного мозга требует крайней точности, один промах может повлечь гибель пациента. Даже у представителей одной из самых квалифицированных профессий в мире человеческий фактор может стать причиной смертельной ошибки. Исследователи Университета штата Юта надеются сократить влияние человеческого фактора: они полагают, что их операционный хирург способен выполнять сложные операции на мозге, сократив время, необходимое для разрезания черепа, с двух часов до двух с половиной минут. Таким образом, робот сократит время, необходимое для сложной процедуры, в 50 раз.
Аппарат двигается вокруг уязвимых участков черепа по данным, получаемым при сканировании компьютерной томографией и передаваемым в программное обеспечение робота. Компьютерная томография показывает программисту расположение нервов или вен, которых должен избегать робот.
Помимо очевидных преимуществ механизма машины, она также в долгосрочной перспективе может сэкономить деньги за счет более короткого времени операции. Дополнительным плюсом является уменьшение времени пребывания пациента под наркозом, что также делает процедуру более безопасной.
Терапевтические наноматериалы
Наноматериалы - это устройства, которые настолько малы, что их можно измерить только в молекулярном масштабе. Эти микроскопические машины бывают разных форм и могут быть изготовлены из различных материалов, от золота до синтетических полимеров, в зависимости от их предполагаемых функций. Фактически, более 50 лекарств на основе наночастиц уже одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами, такими как Abraxane от рака молочной железы и Doxil от рака яичников. В настоящее время эти аппараты используются для выборочной доставки токсичной химиотерапии непосредственно в раковые опухоли, что способствует снижению доз, необходимых для их уничтожения, и риска серьезных побочных эффектов для пациента. В будущем нанотерапевтические средства могут быть разработаны для уничтожения самих раковых клеток.
Ради этой цели исследователи разработали новую платформу неинвазивного метода визуализации действия наночастиц на рак у мышей (в реальном времени), что поможет исследователям улучшить их до тестирования на людях.
«Это важный шаг вперед в этой области», - заявил главный исследователь Александр Стег (Alexander Stegh). - «В нанотехнологической области отсутствует тщательная оптимизация, которую мы наблюдаем при разработке обычных лекарств, и мы хотели бы изменить это. Система, которую мы здесь разработали, действительно позволяет нам поддерживать эти усилия».
Команда Стега использовала новую платформу для тестирования терапевтических наноматериалов, которые они разрабатывали, - сферических нуклеиновых кислот (SNAs). Они могут убить неизлечимый в настоящее время тип рака мозга, нацеливаясь на определенный ген. Система визуализации помогла установить, что наночастицы оказывают наибольший эффект между 24 и 48 часами после введения, и, следовательно, определить наилучшее время для введения дополнительной химиотерапии.
Искусственный интеллект
Еще одна малозаметная технологическая новинка в медицине включает использование искусственного интеллекта (ИИ). IBM Watson, суперкомпьютер компании IBM, уже продемонстрировала острый диагностический взгляд, а машинное обучение и программы глубокого обучения были использованы для прогнозирования всего, начиная с предположительного момента смерти пациента до следующей крупной вспышки заболевания.
Можно ожидать, что применение ИИ в медицине будет только расти. Особенно в этом году, когда необходимость отбирать и ассимилировать огромное количество медицинских данных - на индивидуальной или крупномасштабной, общественной основе - станет критической. Между тем страх, что потенциально несовершенные программы машинного обучения вытеснят человеческие ресурсы, также станет более реальным.
Редактирование генов
Революционная технология редактирования генов CRISPR/Cas-9 стала уникальным прорывом в области биологии. Она предлагает преобразование ее из медленной, неточной науки в нечто, близкое к физическим наукам. Будущее технологии редактирования генов открыто самым невероятным догадкам, несмотря на легальные запреты во многих странах и этические вопросы, связанные с этим.
Более широкое использование технологии на людях уже неизбежно. Возможно, именно 2017 год, станет годом, когда это случится в первый раз. Наиболее вероятны широкие испытания редактирования генов в борьбе с раковыми заболеваниями, или использование CRISPR для искоренения патогенных человеческих ДНК-вирусов, таких как ВИЧ или герпес.
Но ожидаются также пассивные меры, такие как простое изучение прогресса болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний или даже немедицинских сельскохозяйственных и промышленных применений этой технологии. Осознание механизмов действия последовательностей ДНК позволит ученым решать проблемы во всех областях биологии, от лечения болезней человека, до понимания того, почему исчезают некоторые виды живых существ.
Контроль инсулин-продуцирующих клеток на смартфоне
Для людей с диабетом инъекции инсулина являются неотъемлемой частью жизни. Однако новое устройство, созданное китайскими исследователями и проверенное на мышах, может избавить их от необходимости постоянных уколов. Команда имплантировала клетки, продуцирующие инсулин, мышам с диабетом, а затем использовала приложение на смартфоне для «включения» этих клеток. Через два часа устройство, которое его создатели называют HydrogeLED, стабилизировало уровень сахара в крови у мышей. Гидрогелевая капсула размером с монету. Она вживляется под кожу животным и состоит из инсулин-продуцирующих клеток и светодиодных ламп. Клетки вырабатывают инсулин только тогда, когда включены светодиоды.
Уровень сахара в крови можно контролировать с помощью отдельного Bluetooth-глюкометра, который подает сигнал в приложение, когда он поднимается слишком высоко. Затем приложение включает светодиоды, вызывая выработку инсулина. Пользователь может вручную контролировать яркость светодиодов и продолжительность их работы, таким образом регулируя, сколько инсулина попадает в кровь.
Однако пока использование приложения на людях невозможно в связи с некоторыми проблемами. Мыши, на которых проверялась работы устройства, заключены в катушку электромагнитного поля, которая очень похожа на интеллектуальный домашний хаб - таким образом приложение может взаимодействовать с сервером. Светодиоды питаются от самого электромагнитного поля, а значит, вся система не сможет работать вне катушки. Кроме того, на данный момент уровень сахара в крови все еще проверяется с помощью иглы.
В будущих версиях HydrogeLED эти проблемы будут решены. Автор исследования Хайфэн Е планирует запустить 24-часовой мониторинг уровня сахара в крови встроенным глюкометром, который при необходимости сможет автоматически запускать светодиоды.
