Медицина будущего: какие технологии позволят людям победить старость, болезни и смерть? Медицина будущего: чем и как нас будут лечить. А главное - кто Будущее в медицине с когнитивными технологиями
На завершившемся в Сочи XIX Всемирном фестивале молодежи и студентов особое внимание уделили здравоохранению
Российские делегаты и гости фестиваля, прибывшие из 150 стран, смогли принять участие в дискуссионно-образовательной программе «Экология и здоровье», организованной Минздравом России совместно с Всероссийским общественным движением «Волонтеры-медики» при участии Всемирной организации здравоохранения. Это событие еще раз показало, что молодежная тема, тема подготовки нового поколения врачей, грамотных, целеустремленных, способных работать в медицине завтрашнего дня, - прочно заняла свое место в фокусе внимания руководителей отечественного здравоохранения.
Сегодня между различными профессиональными сферами развернулась настоящая борьба за молодых людей, выбирающих свой жизненный путь. Здравоохранение, сфера ИТ, различные инженерные и гуманитарные направления пытаются привлечь к себе внимание старших школьников и их родителей. Все понимают: энергия, талант и творчество нового поколения - залог прогресса уже в самом ближайшем будущем.
Аргументы отечественной медицины в этом споре очень весомы и не остаются без должной оценки в обществе. Прежде всего - это обновленная и проходящая сегодня через серьезные трансформации система профессионального медицинского образования. В последние годы в ней произошло несколько революционных событий. Например, были внедрены новые - третьего поколения - стандарты обучения будущих врачей. Они принципиально ориентированы на практику и предусматривают возможность регулярной модернизации программы для включения в нее новых методик и медицинских технологий диагностики и лечения. В прошлом году обучение по новым стандартам первыми завершили стоматологи и фармацевты, в этом году - студенты всех медицинских специальностей.
Затем всех выпускников медвузов, прошедших обучение по новым программам, ждала впервые появившаяся в нашей стране система допуска врачей и фармацевтов к профессиональной деятельности - аккредитация. Первичная аккредитация выпускников проводится уже второй год. Она включает в себя теоретический экзамен и практические испытания. Причем оценивают квалификацию выпускников не только их собственные преподаватели, но и практикующие врачи и руководители медицинских учреждений - их будущие работодатели. Таким образом, медицинское образование и реальная врачебная практика получают постоянно действующий механизм обратной связи. В Минздраве называют это одним из самых главных шагов к саморегуляции профессионального сообщества. Выпускники, прошедшие первичную аккредитацию, получают допуск к работе на должностях «стартового уровня» даже без интернатуры.
Еще одно важное нововведение - новый порядок поступления в ординатуру, разработанный совместно с вузовским сообществом и утвержденный приказом Минздрава. Если раньше вопрос о том, брать студента в ординатуру или нет, решал ректорат конкретного вуза, то теперь процесс будет осуществляться на основании единых для всей страны условий, что сделает процедуру более прозрачной и беспристрастной. Если говорить конкретно, то в качестве вступительного экзамена студенты теперь проходят теоретическую часть аккредитационного испытания, что исключает предвзятость (база вопросов для аккредитации едина и размещена в Интернете, а принимает экзамен та же многосторонняя независимая комиссия). Кроме того, при поступлении в ординатуру принимаются во внимание баллы за достижения во время учебы, которые также рассчитываются по единой системе (например, за получение стипендий и грантов, красный диплом и пр.). Унификация дает возможность выпускнику поступить в ординатуру любого медицинского вуза России по единым правилам.
С завершением обучения в вузе образование врачей теперь не заканчивается - в стране начала работу система непрерывного медицинского образования, использующая современные информационные технологии, возможности удаленного обучения и стажировок в ведущих клиниках и институтах. Постепенно в эту систему будет включен весь врачебный корпус страны, а полученные в ней знания необходимо будет подтверждать в ходе регулярных - раз в пять лет - реаккредитаций.
Что же касается студентов, то для них образовательный процесс, ограниченный стенами аудиторий, - хоть и важнейшая, но еще не достаточная составляющая полноценного профессионального образования. Очень важна атмосфера, в которую погружаются будущие врачи на все время своего обучения. Для создания творческой, вдохновляющей на достижения атмосферы необходимо, чтобы молодые люди могли общаться между собой на профессиональные темы, обмениваться идеями, расширять кругозор, чтобы они имели доступ к профессионалам отрасли... Поэтому в стране сегодня существует множество мероприятий, которые становятся площадками для такого общения между студентами, молодыми специалистами, корифеями врачебного дела и научными светилами. Например, начиная с 2012 года проходит ежегодный Форум студентов медицинских и фармацевтических вузов. Два года назад на нем был принят этический кодекс студентов медицинских и фармацевтических учебных заведений, который был распространен во всех высших образовательных медучреждениях страны.
В прошлом году в рамках Всероссийского молодежного образовательного форума «Территория смыслов» впервые проводилась смена для молодых ученых и преподавателей в сфере здравоохранения. Перед участниками выступили министр Вероника Скворцова и другие руководители отрасли. Участники форума разработали свою программу и план развития здравоохранения России, продумали механизмы его модернизации на муниципальном, региональном и федеральном уровнях. Победителем конкурса проектов стала разработка интернет-портала и мобильного приложения, содержащих справочную информацию, полезную молодым врачам в начале их профессиональной деятельности.
На Всемирном фестивале молодежи и студентов в рамках дискуссионно-образовательной программы «Экология и здоровье» обсуждались глобальные вопросы здравоохранения и медицинской этики, лекции читали известные представители научного сообщества и организаторы медицины. Делегатам рассказали о возможностях сферы охраны здоровья - от арктической до космической медицины, от оказания медицинской помощи в местах военных действий до амбулаторных отделений поликлиник. На симуляционных тренингах участники фестиваля «примеряли роль» директоров клиник или членов делегаций ВОЗ и, например, пытались остановить надвигающуюся эпидемию. Да что там - у них была возможность даже прочесть чужие мысли с помощью компьютера! Конкурс молодежных проектов был посвящен наиболее актуальным вопросам современного здравоохранения: от работы с «большими данными» до подготовки профессионалов для медицины завтрашнего дня. «Этот фестиваль не только помогает в налаживании международных связей, обмене знаниями и технологиями, - считает Вероника Скворцова, - но и способствует укреплению престижа профессии медицинского работника, демонстрирует молодежи, что медицина - не только ответственное занятие, но и очень увлекательное».
Программа «Экология и здоровье» разрабатывалась с участием Всероссийского общественного движения «Волонтеры-медики», которое было создано при поддержке Минздрава и сейчас стремительно растет. Сегодня, по данным Совета студентов медицинских и фармацевтических вузов при Минздраве России, в медицинских вузах страны активно действуют более 12,5 тысячи волонтеров, которые помогают не менее чем 1,2 млн пациентов. Только за последний год количество студентов, принимающих участие в волонтерских проектах, выросло на треть. В 2016 году было проведено 185 волонтерских мероприятий в детских домах, 550 - в школах, 175 - в образовательных организациях высшего и среднего образования, 555 - в домах престарелых, реабилитационных центрах и больницах, более 100 - в торговых центрах и на городских площадках. Волонтеры выполняют не только чисто медицинскую функцию, - но еще и социальную, культурную, спортивную, педагогическую, санитарно-просветительскую, даже экологическую. Например, волонтеры - очень активные доноры. В этом году около 7 тысяч студентов участвовали в сотне акций, посвященных Дню донора, и сдали в общей сложности 800 литров крови. Кроме того, волонтеры активно помогают врачам больниц и работникам «скорой», дежурят на массовых мероприятиях, чтобы в случае чего оказать зрителям первую помощь, информируют население о болезнях и факторах риска, привлекают внимание к социально значимым проблемам здравоохранения. Еще волонтеры из различных вузов встречаются и общаются как между собой, так и с представителями НКО, госучреждений, бизнес-структур. Ежегодно проходит Всероссийский съезд движения «Волонтеры-медики». Лучшие 250 волонтеров-медиков со всей страны прошли сертифицированный курс обучения в Государственном научно-исследовательском центре профилактической медицины Минздрава России. В этом году на базе РНИМУ им. Н.И. Пирогова был создан Федеральный центр поддержки добровольчества в сфере охраны здоровья. Его основная цель - помощь волонтерским движениям и методическая поддержка, продвижение добровольческих инициатив, а также объединение их ресурсов для крупных проектов в сфере охраны здоровья.
Стремительно модернизируемое и настраиваемое на использование самых передовых технологий медицинское образование, заинтересованное отношение молодых людей к освоению своей профессии, их активное участие в волонтерских проектах и медицинских форумах, возросший интерес к профессии врача в обществе - все это вселяет обоснованную надежду не только на будущее медицины в нашей стране, но и на укрепление здоровья всего общества. И не только в сугубо медицинском смысле.
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.
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
Технологии замены суставов и костей прошли долгий путь за последние десятилетия, части на пластиковой и керамической основе взяли верх над металлическими частями, а новейшее поколение искусственных костей и суставов заходит еще дальше: их будут делать из биоматериалов, чтобы они практически слились с телом.
Это стало возможным, конечно же, благодаря 3D-печати (к этой теме мы будем возвращаться неоднократно). Хирурги главного госпиталя Саутгемптона в Великобритании изобрели технику, с помощью которой имплант бедра пожилого пациента удерживается на месте с помощью «клея», изготовленного из собственных стволовых клеток пациента. Кроме того, профессор Университета Торонто Боб Пиллиар вывел процесс на новый уровень, создав импланты нового поколения, которые на самом деле имитируют кость человека.
Используя процесс, который связывает компонент кости на замену (с применением ультрафиолетового света) в невероятно сложные структуры с чрезвычайной точностью, Пиллиар и его команда создает крошечную сеть каналов и траншеек, по которым перевозятся питательные вещества в самом импланте.
Выращенные костные клетки пациента затем распределяются по этой сети, замыкая кость с имплантом. Со временем компонент искусственной кости растворяется, а выросшие естественным образом клетки и ткани сохраняют форму импланта.
Крошечный кардиостимулятор
С момента имплантации первого кардиостимулятора в 1958 году, эта технология, конечно, значительно улучшилась. Впрочем, после гигантских скачков в развитии в 1970-х, в середине 80-х все как-то застопорилось. Компания Medtronic, которая создала первый кардиостимулятор, работающий на батарейке, выходит на рынок с устройством, которое может произвести такую же революцию в области кардиостимуляторов, как и ее первое устройство. Оно размером с витаминку и не требует хирургического вмешательства.
Эта новая модель вводится через катетер в паху (!), крепится к сердцу маленькими зубцами и поставляет необходимые регулярные электрические импульсы. В то время как обычные кардиостимуляторы, как правило, требуют сложного хирургического вмешательства, создания «кармашка» для устройства рядом с сердцем, крошечная версия существенно упрощает эту процедуру и снижает частоту осложнений на 50%: 96% пациентов не выявляли никаких признаков осложнений.
И хоть Medtronic вполне может быть первым на этом рынке (имея полученное одобрение FDA), другие крупные производители кардиостимуляторов разрабатывают конкурентные устройства и не собираются оставаться за пределами рынка, годовой объем которого составляет 3,6 миллиарда долларов. Medtronic начала разработку крошечных спасителей в 2009 году.
Глазной имплант от Google
Вездесущий провайдер поисковой системы и мировой гегемон Google, похоже, планирует интегрировать технологии в каждый аспект нашей жизни. Впрочем, стоит признать, что вместе с кучей хлама Google выдает на-гора и стоящие идеи. Одно из последних предложений Google может как изменить мир, так и превратить его в кошмар.
Проект, который известен как Google Contact Lens, представляет собой контактную линзу: имплантируясь в глаз, она заменяет естественный хрусталик глаза (который разрушается в этом процессе) и приспосабливается, исправляя плохое зрение. Линза крепится к глазу с помощью того же материала, который используется при производстве мягких контактных линз, и имеет множество практических медицинских применений - вроде считывания кровяного давления пациентов с глаукомой, уровней глюкозы у пациентов с диабетом или беспроводного обновления с учетом ухудшений зрения пациента.
В теории, искусственный глаз Google может полностью восстановить зрение. Конечно, это еще не камера, которая имплантируется прямо вам в глаза, но поговаривают, что к этому все идет. Кроме того, непонятно, когда линза появится на рынке. Но патент был получен, а клинические испытания подтвердили возможность процедуры.
За последние десятилетия достижения в области создания искусственной кожи явили нам существенный прогресс, но два недавних прорыва из совершенно разных областей могут открыть новые направления для исследований. Ученый Роберт Лангер из Массачусетского технологического института разработал «вторую кожу», которую назвал XPL («сшитый полимерный слой»). Невероятно тонкий материал имитирует упругую молодую кожу - этот эффект проявляется мгновенно при создании, но теряет силу примерно через день.
А вот профессор химии Чао Вонг из Калифорнийского университета в Риверсайде работает над еще более футуристическим полимерным материалом: который может самовосстанавливаться от повреждений при комнатной температуре и пронизан крошечными металлическими частицами, которые могут проводить электричество, для лучших измерений. Профессор уверяет, что не пытается создать кожу для супергеров, но признает, что является большим фанатом Росомахи и пытается привнести научную фантастику в настоящий мир.
Что примечательно, некоторые самовосстанавливающиеся материалы уже появились на рынке - например, самовосстанавливающееся покрытие телефона LG Flex, которое Вонг приводит в качестве примера возможного применения таких технологий в будущем. Короче говоря, этот чувак действительно пытается создать супергероев.
Импланты мозга, восстанавливающие двигательные способности
Двадцатичетырехлетний Ян Буркхарт пережил ужасную аварию в возрасте девятнадцати лет, которая парализовала его от груди до пальцев ног. В течение последних двух лет он работал с докторами, которые настраивали и экспериментировали с устройством, имплантированным в его мозг - микрочипом, который считывает электрические импульсы мозга и переводит их в движение. Хоть устройство и далеко от совершенства - его можно использовать только в лаборатории, когда имплант подключен к компьютеру с помощью рукава на руке - оно позволило пациенту свинтить крышку с бутылки и даже поиграть в видеоигру.
Ян признает, что может и не получить выгоду от этих технологий. Он делает это больше чтобы доказать возможность концепции и показать, что его конечности, разъединенные с мозгом, можно заново к нему подключить с помощью посторонних средств.
Впрочем, вполне вероятно, что его помощь хирургии головного мозга и эксперименты, которые проводят по три раза в неделю, окажут огромную поддержку в продвижении этой технологии для будущих поколений. Хотя подобные процедуры использовались для частичного восстановления движений обезьян, это первый пример успешного преодоления нервного разъединения, которое вызывает паралич у человека.
Биоабсорбируемые трансплантаты
Стенты - сетчатые полимерные трубки, которые вставляются хирургическим путем в артерии, препятствуя их блокированию - сущее зло, которое приводит к осложнениям у пациента и демонстрируют умеренную эффективность. Потенциал осложнений, особенно у молодых пациентов, делает результаты недавнего исследования с участием биоабсорбируемых сосудистых трансплантатов весьма перспективными.
Процедура называется эндогенное восстановление тканей. Давайте простыми словами: в случае с молодыми пациентами, которые родились без некоторых необходимых соединений в сердце, врачи смогли создать эти соединения, используя продвинутый материал, который выступает в качестве «лесов», позволяя телу копировать его структуру с помощью органических материалов, а сам имплант впоследствии растворяется. Исследование было ограниченным, с участием всего пятерых молодых пациентов. Но все пятеро выздоровели без каких-либо осложнений.
Хотя эта концепция не нова, новый материал (состоящий из «супрамолекулярных биоабсорбируемых полимеров, изготовленных с использованием проприетарной технологии электропрядения») представляет собой важный шаг вперед. Стенты предыдущего поколения состояли из других полимеров и даже металлических сплавов и выдавали смешанные результаты, что привело к медленному принятию этого метода лечения во всем мире.
Хрящ из биостекла
Еще одна 3D-печатная полимерная конструкция может произвести революцию в методах лечения весьма изнурительных заболеваний. Группа ученых из Имперского колледжа Лондона и Университета Милано-Бикокка создали материал, который назвали «биостеклом»: комбинацию кремний-полимера, имеющую прочные и гибкие свойства хряща.
Биостеклянные импланты напоминают стенты, о которых мы говорили выше, но делаются из совершенно другого материала для совершенно другого применения. Одним из предложенных использований таких имплантов является выстраивание лесов для поощрения естественного выращивания хряща. Также они обладают саморегенерацией и могут восстанавливаться, если связи будут разорваны.
Несмотря на то, что первым испытанием метода будет замена межпозвоночного диска, другая - постоянная - версия импланта находится в стадии разработки для лечения травм колена и других травм в районах, где хрящ уже не отрастить. делает импланты более дешевыми и доступными в производстве и еще более функциональными, чем другие импланты этого типа, которые доступны нам в настоящее время и, как правило, выращиваются в лаборатории.
Самовосстанавливающиеся полимерные мышцы
Чтобы не отставать от коллег, стэнфордский химик Ченг-Хи Ли в поте лица работает над материалом, который может быть строительным блоком для фактической искусственной мышцы, которая может превзойти в качествах наши хилые мускулы. Его соединение - подозрительно органическое соединение кремния, азота, кислорода и углерода - способно растягиваться до 40-кратной своей длины, а после возвращаться в нормальное положение.
Также оно может восстанавливаться от проколов за 72 часа и заново закрепляться после разрывов, вызванных железной «солью» в компоненте. Правда, для этого части мышцы нужно поместить рядом. Куски пока не ползут друг к другу. Пока.
На текущий момент единственным слабым местом этого прототипа является его ограниченной электропроводность: при воздействии электрического поля вещество увеличивается всего на 2%, в то время как настоящие мышцы - на 40%. Это должно быть преодолено в кратчайшие сроки - и тогда Ли, ученые с биостеклянными хрящами и доктор Росомаха смогут собраться вместе и обсудить, что делать дальше.
Этот метод, который изобрел Дорис Тейлор, директор регенеративной медицины в Техасском институте сердца, не сильно отличается от упомянутых выше 3D-печатных биополимеров и прочего. Метод, который доктор Тейлор уже продемонстрировал на животных - и готов продемонстрировать на людях - совершенно фантастический.
Если коротко, сердце животного - свиньи, например - замачивается в химической ванне, которая разрушает и высасывает все клетки, кроме белка. Остается пустой «призрак сердца», который затем можно наполнить собственными стволовыми клетками пациента.
Как только необходимый биологический материал оказывается на месте, сердце подключается к устройству, которое заменяет искусственную систему кровообращения и легкие («биореактор»), пока не станет функционировать как орган и его можно будет пересадить пациенту. Этот метод Тейлор успешно продемонстрировал на крысах и свиньях.
Этот же метод имел успех и с менее сложными органами вроде мочевого пузыря и трахеи. Впрочем, процесс далек от совершенства, но когда его достигнет, очереди пациентов, ожидающих сердца для пересадки, могут прекратиться полностью.
Инъекция мозговой сети
Наконец у нас есть передовая технология, способная быстро, просто и совершенно опутать мозг сетью с помощью одной инъекции. Исследователи из Гарвардского университета разработали электропроводящую полимерную сеть, которая буквально впрыскивается в мозг, где проникает в его закоулки и сливается с веществом мозга.
Пока что сеть, состоящая из 16 электрических элементов, была пересажена в мозг двух мышей на пять недель без иммунного отторжения. Исследователи предсказывают, что крупномасштабное устройство такого плана, состоящее из сотен подобных элементов, может активно контролировать мозг до каждого отдельного нейрона в ближайшем будущем и пригодится при лечении неврологических расстройств вроде болезни Паркинсона и инсульта.
В конце концов, это исследование может привести ученых к более глубокому пониманию высших когнитивных функций, эмоций и других функций мозга, которые в настоящее время остаются непонятными.
