Медицинские технологии будущего. Медицина будущего: чем и как нас будут лечить. А главное - кто Каким я вижу будущее медицины

Медицина не стоит на месте. Новые открытия и технологии позволяют излечивать те болезни, которые совсем недавно считались неизлечимыми. Совершенно на новый уровень выходит также диагностика заболеваний. И сегодня мы расскажем про 5 самых необычных медицинских технологий современности, которые уже в самом скором будущем могут стать обычным делом.

Само словосочетание «британские ученые» давно стало носить юмористическую окраску. Ведь они часто исследует совершенно абсурдные и непонятные вещи, вызывающие у общественности удивление. Но, бывает, что ученые из Великобритании занимаются, действительно, важными вещами. К примеру, недавно медики из этой страны представили революционную медицинскую технологию.

Она позволяет определить генетические заболевания в автоматическом режиме по фотографии. Компьютер, основываясь на снимках человеческого лица, может указать, какие проблемы могут появиться у человека в будущем.

Ведь исследования показали, что примерно тридцать процентов изменений, происходящих с лицом человека, обусловлены его хроническими и генетическими болезнями. А медики из Оксфорда создали программное обеспечение, позволяющее обнаруживать потенциальные проблемы пациентов на основе мельчайших деталей их физиогномики.
Медики давно искали способ оперативно бороться с приступами удушья у пациентов. Ведь долгое время самым эффективным вариантом в таких случаях была трахеотомия – рассечение хирургическим путем трахеи, чтобы вставить туда трубку. Но ученые из Бостонской детской клиники (Boston Children"s Hospital) придумали новый .

Они разработали инъекции, обогащающие человеческую кровь кислородом на время до тридцати минут. Это нужно, в первую очередь, для медицинских потребностей, проведения операций и спасения людей в экстремальных условиях. Но использовать технологию можно также в спорте и развлечениях.

Во время укола в тело попадают жировые частицы, содержащие в себе молекулы кислорода. Последние высвобождаются при контакте жира с эритроцитами и насыщают кровь необходимым человеку ресурсом.
Медикам из разных стран помогают находить рак у пациентов специально обученные собаки. Оказывается, эти животные способны обнаруживать раковые клетки в организме человека и даже отличать один вид заболевания от другого.

Самым известным подобным псом является , который «работает» в одной из онкологических клиник Южной Кореи. Его владельцы даже решили клонировать своего питомца, чтобы затем продавать пса с уникальными данными в другие больницы по всему миру.

А в Израиле решили пойти другим путем. Они создали технологию «искусственный нос», позволяющую определять раковые клетки при помощи электроники. Пациенту достаточно выдохнуть в специальную трубку, и компьютер диагностирует у него один из нескольких видов рака, если, конечно, это опасное заболевание у человека имеется. Более того, этот технологический нос во много раз более точный, чем нос лабрадора Мэрина.

Цветочная пыльца – это удивительное вещество, которое, попадая в дыхательные пути человека, может затем быстро распространиться в разные части тела, в том числе, в пищеварительную систему и на слизистые оболочки. Этот ее эффект и решили использовать в медицинских целях ученые из Университета Техаса.

Группа американских исследователей создала технологию, позволяющую проводить вакцинацию человека без использования игл и уколов. Она научилась покрывать вакциной цветочную пыльцу, которая затем проникает в человеческий организм и несет полезный препарат в самые сокровенные его уголки, где он затем легко впитывается.

Интересно, что самой сложной частью этого научного проекта была попытка научиться избавлять цветочную пыльцу от всех аллергенов. С этого, собственно, и начались исследования. А, научившись деаллергизации пыльцы, ученые смогли легко нанести на очищенный материал и медицинские препараты.

Долгие десятилетия самым действенным способом борьбы с депрессией были специализированные лекарства. Они вызывали побочные эффекты и зависимость, что негативно влияло не только на эмоциональное, но и физическое здоровье человека. Но недавно был разработан кардинально противоположный способ борьбы с этим заболеванием, основанный не на химии, а на электромагнитном излучении.

Шлем со сложным названием NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation Therapy System воздействует на определенные зоны коры головного мозга человека при помощи электромагнитных импульсов, заставляя возбуждаться нейтроны, ответственные за получение удовольствия.

Клинические опыты показали, что 30-40 минут, проведенные ежедневно в шлеме NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation Therapy System, позволяют больным депрессией людям чувствовать себя намного лучше, а тридцати процентам подобное лечение со временем приносит полное выздоровление.

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.

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

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.

Что нас ждет впереди? Какие цели ставят перед собой ученые и медики, и станем ли мы свидетелями настоящей революции в медицине?

Эра нулевых годов ознаменовалась большим рывком в информационных технологиях. Человечество шагнуло далеко вперед в вопросах, касающихся информатизации и роботизации практически всех сфер человеческой жизнедеятельности. В частности большие перемены ожидаются в медицине, а некоторые фундаментальные новшества уже внедрены и успешно себя зарекомендовали. Например, за последние годы все активнее стали внедряться лазерные технологии и телемедицина, когда врач может консультировать своих пациентов, находясь за несколько тысяч километров от них. Все это доступно уже сегодня, но каков прогноз на «завтра»?

Наноботы вместо хирургов

В последнее время о нанотехнологиях не говорит только ленивый. В мире науки и медицины нанотехнологии, это, пожалуй, самая популярная тема. И эта популярность не случайна. Ведь наночастицы обладают настолько фантастическими свойствами, что весь научный мир ждет не дождется, когда наноструктуры основательно внедрятся в нашу жизнь. В частности, в будущем предрекают появление миниатюрных роботов (наноботы), которые будут осуществлять «ремонт» всего организма. Схема будет выглядеть примерно так: больной выпивает некую смесь с наноботами, и те всасываются в кровеносное русло. Либо нанороботы будут вводиться внутривенно. Путешествуя по мельчайшим кровеносным сосудам, наноботы будут устранять все неполадки. Планируется даже вмешательство в ДНК. С помощью этих наночастиц можно будет исправлять последовательности, и предотвращать мутации, которые приводят к болезням.

Выращивание органов

Население нашей матушки-планеты уже перевалило за 7 миллиардов. С ростом числа населения растет и количество заболеваний. Если учесть еще и экологические факторы, то уровень заболеваемости населения растет и в процентном отношении. Часто при терминальных стадиях болезни, когда орган спасти уже не удается, то врачи прибегают к трансплантации. Однако доноров на всех не хватает, и к тому же процесс трансплантации «живого» органа – это процесс весьма трудоемкий и дорогостоящий. Здесь ставка делается на стволовые клетки. Сегодня в лабораториях успешно выращиваются отдельные ткани, и по мнение авторитетных ученых недалек тот час, когда человеку можно будет за умеренную цену заменить больной орган на вновь выращенный из его же отобранных клеток.

Человек-киборг

Если медицине и не удастся пока качественно выращивать органы, то есть и второй вариант – киборгизация человека . К примеру, остановившееся сердце человека можно будет заменить на более стойкий к износу аналог. Стоит отметить, что в 2011 году одному из американских пациентов полностью удалили сердце и поставили вместо него два ротора, качающих кровь.

Относительно давно уже на сердце ставят искусственные стимуляторы, и основной проблемой таких устройств было то, что их нужно было менять через каждые несколько лет. Сегодня же израильскими учеными разработаны стимуляторы (и не только стимуляторы, но и другие искусственные приспособления), которые питаются биотоками человеческого тела, возникающими от мышечного сокращения.

Диагностика будущего

Особое место в медицине занимает диагностика, а точнее – ранняя диагностика. На сегодняшний день неизлечимые формы множества заболеваний, в частности онкологических, развиваются из-за позднего обращения пациента к врачу, либо из-за несовершенства современной диагностической аппаратуры.

Мир могут лишить будущих гениев

Как пишет The Guardian со ссылкой на новую книгу британского автора Грэма Фармелло, стали известны новые подробности жизни великого британского физика Поля Дирака. Подозревают, что он был болен аутизмом. Многие медики, в частности в

Планируется создание специальных миниатюрных датчиков, которые будут вшиваться в одежду человека, либо вживляться под кожу. Такие биосенсорные механизмы будут постоянно отражать уровень сахара в крови, давление, частоту сердечных сокращений, биохимию крови, уровень гормонов и много других параметров, по которым врач может заподозрить начало того или иного нарушения. Данные будут передаваться в медицинское учреждение, и если вашему лечащему врачу не понравятся ваши анализы, то он вас вызовет на прием. Таким образом, отпадет необходимость в обязательных медицинских плановых осмотрах. За человеческим телом будут постоянно следить специальные устройства, не давая возможности заболеванию усугубиться.

Сложности

В идеале, медицина ставит перед собой очень амбициозную задачу: победить все болезни. Однако, пока ее достижения в этом весьма скромны, и говорить о каких-либо датах в будущем пока еще рано. Трудность состоит в том, что учеными пока еще не открыта «суть» живого. Изначально ученым предстоит создать теоретическую биологию, для того чтобы можно было предугадать «поведение» жизни, а также точно рассчитать все ее параметры. К примеру, благодаря теоретической физике даже школьник может рассчитать места, куда приземлиться стальной шарик определенной массы, брошенный с определенной силой. К сожалению, как поведет себя живой организм при одних и тех же внешних условиях, неизвестно никому. Можно лишь приблизительно догадываться, но такой подход не приемлем в лечении пациентов.

Михаил Хецуриани