UA
ГлавнаяНаукаВсе новости раздела
 

Будем здоровы. Новые достижения в медицинской сфере

Корреспондент.net, 30 января 2019, 17:20
52
4385
Будем здоровы. Новые достижения в медицинской сфере
Фото: Корреспондент
По статистике, кости — самые часто повреждаемые, а иногда и вовсе отсутствующие части в человеческом организме.

Уже можно печатать зубные имплантаты, безукоризненные и прочные, ребра и целую грудную клетку, позвонки, хрящи и мышцы, каркас для выращивания костей и тканей.

Журнал Корреспондент в №1-2 рассказал медицинских технологиях, которые уже существуют и используются, пусть пока в ограниченных масштабах научных институтов и госпиталей.

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РЕДАКТИРОВАНИЕ

Конец 2018 года ознаменовался бурным скандалом в научных медицинских кругах. Шквал эмоций, осуждений и этических обсуждений вызвало заявление китайского ученого Хэ Цзянькуй из Южного научно-технологического университета Китая о рождении первых генетически модифицированных младенцев. В процессе экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) двум эмбрионам, родители которых ВИЧ-инфицированы, с помощью технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 навсегда изменили судьбу. В ходе дерзкого опыта ученый выключил ген CCR5, который кодирует белок, позволяющий вирусу иммунодефицита человека проникать в клетки организма.

Технологию CRISPR/Cas9 изобрели еще в 2013 году и провели ряд успешных экспериментов для редактирования генов взрослых людей, но никогда прежде не редактировали геном эмбрионов.

Одной из близняшек отключили ген и в материнской, и в отцовской ДНК, второй — только в одной. Обе девочки родились здоровыми. Теоретически первая получила дополнительный бонус — из-за полной блокады гена ее организм не будет восприимчив к ВИЧ на протяжении всей жизни. Эту завидную модификацию она передаст своим детям, с половиной хромосомного набора. Вторая малышка получила свободу от вируса на момент рождения, но риск заразиться в течение жизни сохраняется.

Звучит многообещающе, за исключением того факта, что подобные эксперименты в генной инженерии хорошо не изучены, генная модификация эмбрионов все еще незаконна и неэтична, а отдаленные последствия могут быть самыми неожиданными.

Светлая сторона технологии открывает массу возможностей — от железного иммунитета, лишения животных и насекомых способности переносить опасные для человека инфекции, до сохранения исчезающих видов. Технология может «вырезать» нежелательные фрагменты или «пришивать» новые функции, позволяя избавить человека от ранее неизлечимых генетически детерминированных заболеваний, таких как хорея Гентингтона или боковой амиотрофический склероз. Этот метод также позволит спасти миллионы жизней, так как с его применением ксенотрансплантология станет вполне реальной, то есть органы животных после применения «генетических ножниц» не будут отторгаться иммунной системой реципиента. А значит, нуждающимся в пересадке не придется ждать годами своей очереди, теряя надежду, а зачастую и жизнь.

Но что таит в себе темная сторона новой технологии? Все внесенные в ДНК изменения унаследуют будущие поколения. И пока неизвестно, что из этого выйдет и как изменится жизнь на планете, например, без малярийного плазмодия. А идея создания универсального солдата не покидает некоторые головы еще с середины прошлого столетия, особенно в тех странах, где плевать хотели на международное право и ничего не слышали об этике.

Как бы ни открыл китайский ученый очередной ящик Пандоры. Возможно, очень скоро по улицам будут ходить «дизайнерские» детишки и почти Марвеловские герои с суперспособностями, а подпольные генные инженеры сколотят огромные состояния, пока этические нормы и законодательная база будут догонять технологии. Хотя, конечно, получить зрение как у орла, молодость лет на 150, завидный метаболизм, чтобы можно было есть, а попа не росла, а также невосприимчивость ко всем болезням — очень заманчивая перспектива, как и возможность из редактора переквалифицироваться в генетического редактора.

 

МЕЧ ДЖЕДАЯ

Гениальное изобретение академика Патона в области электросварки и резки мягких тканей, которому, к слову, в конце 2018 года исполнилось 100 лет, так и не смогли повторить, но активно применяют во всем мире. Благодаря ножу Патона операции стали бескровными, а значит, серьезно сократилось количество осложнений, в виде потери крови, иногда критической. Кроме того, сварка мягких тканей значительно сокращает послеоперационный период, а пациенты быстрее возвращаются к активной жизни.

В настоящий момент вовсю идут испытания ножа в деле сшивания нервов с полным восстановлением проводимости и значительным уменьшением болевого синдрома. В онкологии такие ножи позволяют иссекать злокачественные новообразования с дополнительной абляцией — предотвращением распространения раковых клеток в здоровые окружающие ткани и по организму в целом.

Однако нет предела совершенству: Золтан Токато из Королевского колледжа в Лондоне объединил изобретение украинского гения с масс-спектрометром и назвал его iKnife. Испаряемый дым биологического образца анализируется прямо в ходе операции. Это означает, что он может определить характер опухоли в режиме реального времени, что позволяет сократить время операции, удалить все раковые клетки, избежать мучительного ожидания результатов гистологического и цитологического анализа и незамедлительно приступить к химиотерапии или облучению, если протоколы лечения того требуют.

ДОПОЛНЕННАЯ И ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

Аббревиатуры VR и AR вызывают у рядовых граждан ассоциации с игровой индустрией, с развлечениями, хотя технология виртуальной и дополненной реальности изначально разрабатывались для военно-промышленного комплекса, впрочем, как и все самое интересное, передовое и модное. К счастью, потенциал AR и VR оказался намного мощнее и шире — технологии широко используются и в медицине. Дополненная реальность отличается от виртуальной тем, что она вовсе не вымышленная, а очень даже настоящая. Иногда в настоящую реальность привносят то, чего нет, например, в случае лечения фантомных болей у пациентов с ампутированными конечностями и для обучения управлению интеллектуальными протезами «дорисовывается» отсутствующая конечность.

Исследованиями в области применения VR и AR в медицине занимаются такие гиганты, как Google, Microsoft и Amazon, что вселяет надежду на то, что многие тренды медицинской науки мы увидим и ощутим в ближайшем будущем, а некоторые уже в 2019 году.

Пока Google тестирует линзы, способные определять уровень сахара в крови, чтобы упростить и облегчить жизнь пациентов с сахарным диабетом, а также испытывает нанороботов, обнаруживающих «чужих» в организме, Microsoft меняет принципы обучения будущих врачей и самой хирургии. Теперь изучать анатомию и хирургию студенты мединститутов будут с помощью приложений, строящих точные 3D-проекции органов и систем, а немецкие студенты уже это делают.

В крупнейшей сети госпиталей Asklepios в Германии начали экспериментировать с приложением дополненной реальности. С его помощью хирурги могут «видеть пациента насквозь», то есть через анатомические структуры, не нарушая их целостности, а значит, способны точно определить локализацию новообразования — к минимуму сводятся возможность осложнений, повреждения сосудов, нервов и тканей, сокращается время операции и ее стоимость.

Перед операцией выполняется компьютерная томография, отображаемые сосуды идентифицируются, строится 3D-модель. Во время операции приложение может автоматически накладывать модель сосудов на печень пациента и показывать итоговое изображение хирургам на экранах планшетов. С помощью такого приложения уже проведена успешная операция по удалению опухоли печени.

Дополненная реальность успешно применяется при лечении ПТСР — посттравматического стрессового расстройства, которое развивается у большого количества людей, переживших ситуации реальной угрозы для жизни (войны, стихийные бедствия, техногенные катастрофы, нападения). Пациенты с таким синдромом видят угрожающую жизни ситуацию во сне, переживают флешбэки с состоянием суженного сознания, когда мозг рисует картины травмирующего события, меняя реальность пострадавшего. Это не только значительно портит качество жизни, рушит семьи, приводит к психопатизации личности и инвалидизации, но и несет угрозу для жизни самого пострадавшего и окружения, когда риск быть принятым за врага становится очень высоким.

С помощью очков виртуальной реальности пациента погружают в травмирующую ситуацию в процессе психотерапии. Звучит не очень гуманно, но эффективность метода высока, работа с ситуацией и страхами в сопровождении психотерапевта освобождает подсознание и прекращает приступы и сновидения. Пациенты в итоге возвращаются к обычной здоровой жизни. Учитывая тот факт, что человечество все время ведет войны, устраивает технологические катастрофы и своей деятельностью провоцирует природные катаклизмы, методика приобретет широкое распространение уже в 2019 году.

Также технология успешно применяется в терапии фобий и болевого синдрома. Например, с помощью программы SpiderWorld от HITlab люди учатся преодолевать панический страх перед пауками, а SnowWorld дает возможность в прохладной зимней обстановке побросать снежки в пингвинов и мамонтов, что снижает боль у пациентов, получивших ожоги.

3D ПЕЧАТЬ СЕБЯ

Уже можно печатать зубные имплантаты, безукоризненные и прочные, ребра и целую грудную клетку, позвонки, хрящи и мышцы, каркас для выращивания костей и тканей, точные функциональные модели для хирургов и даже фармацевтические препараты. И если печать на домашнем 3D-принтере индивидуальных лекарств на основе персональной фармакогеномики еще не очень доступна, то все остальное — уже существует в экспериментальном или вполне серийном виде.

По статистике, кости — самые часто повреждаемые, а иногда и вовсе отсутствующие части в человеческом организме. На данный момент восстановление, трансплантация и остеосинтез — довольно длительные, болезненные, ограничивающие физические и функциональные способности мероприятия. Как человек с коллекцией переломов и недавно подвергшийся остеосинтезу могу это подтвердить.

Американская компания EpiBone разработала технологию выращивания костей из стволовых клеток самого пациента. Для этого проводится компьютерная томография поврежденного участка, создается индивидуальный трехмерный каркас из биополимера и костной пыли. Путем липосакции у пациента берут жировую ткань, из которой выделяют стволовые клетки и усаживают их на каркас. «Конструкцию» помещают в биореактор, симулирующий условия человеческого организма. Через три недели ткань накапливает кальций, формируется живая человеческая кость, имеющая размеры и форму, чтобы в точности заполнить дефект.

Биоинженеры из Института регенеративной медицины в Уэйк-Форесте (США) пошли еще дальше и разработали технологию трехмерной печати, которая позволяет создавать полноценные копии отдельных костей, мышц и хрящей из стволовых клеток. До недавнего времени удавалось печатать только тонкие слои живой ткани до 200 мкм, так как не представлялось возможным обеспечить полноценную трофику тканей без кровеносных сосудов. Новый полимер позволяет укладывать клетки слоями, оставляя небольшие просветы между ними. После печати органоид имплантируют в организм, где он постепенно прорастает кровеносными сосудами и нервами, а полимер постепенно растворяется, уступая им место. В конечном итоге на месте заготовки возникает полноценный орган. Это невероятно расширяет возможности ортопедии, травматологии и восстановительной хирургии. Разве не чудо?

3D-принтеры, к которым мы уже успели привыкнуть, — это как очень хорошие черно-белые принтеры, они могут использовать при печати только одни «чернила», однако последние инновации в области принтеров, материалов и программного обеспечения знаменуют эру «цветных» принтеров. Новые системы подходят для медицинского моделирования благодаря своей непревзойденной универсальности. Одна из моделей способна одновременно использовать шесть материалов разных физических свойств, степени прозрачности и цветов.

С его помощью можно создавать модели на основании компьютерной томографии, которые имитируют свойства человеческих органов. Например, можно в совершенной точности напечатать мозг из прозрачного материала, опухоль желтого цвета, нервы, артерии и вены соответствующих цветов. Хирург получает модель, на которой может отработать доступы, протокол операции, принять верное решение, учесть все возможные осложнения и избежать их во время реальной операции на мозге пациента. То есть хирург получает тренажер — точную копию того, с чем он столкнется во время операции.

В проведенных исследованиях с применением гибких 3D-моделей в детской кардиохирургии было отмечено, что маленькие пациенты выздоравливали намного быстрее и покидали отделения интенсивной терапии на 40 часов раньше по сравнению с пациентами, которым провели оперативное вмешательство без предварительной работы хирургов с моделями сердца. Можно ли это переоценить? Нет, даже если не брать во внимание эмоциональную составляющую — радость и облегчение родителей, сокращение длительности пребывания ребенка в отделении интенсивной терапии почти на двое суток, — это очень ощутимое сокращение затрат.

На таком принтере также можно напечатать роботизированную руку для ребенка. Стоимость современного бионического протеза составляет десятки тысяч долларов, а каждые пару лет ребенок его перерастает и нуждается в новом. 3D-печать значительно удешевит производство и сделает такие протезы более доступными. Предположительно, цена такого протеза сократится до тысячи долларов уже в ближайшее время.

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ

Устройства с AI (искусственным интеллектом) хорошо и бесконечно обучаемы, способны обрабатывать и анализировать огромное количество информации, делать выводы и принимать решения. Это позволяет экономить время, средства, эффективнее обслуживать пациентов, повысить диагностическую точность и значительно снизить риск врачебных ошибок. Вероятно, AI не оставит шанса врачам-троечникам и отправит их на свалку истории, куда им и дорога.

Например, медицинский чат-бот Ada от одноименной британской компании напрямую общается с пациентами: обладая данными истории болезни, клинических и лабораторных исследований, текущими показателями и жалобами, за считанные минуты анализирует, сопоставляет с сотнями тысяч научных статей по данному заболеванию, дает рекомендации и предлагает записать на прием к соответствующему специалисту или связаться с ним удаленно. Вот такая телемедицина.

После такого «знакомства» первичный диагноз передается лечащему врачу, что позволит сэкономить драгоценное время, своевременно оказать помощь и спасти жизни. Так работают системы Watson Health от IBM и DeepMind Health от Google, которые уже используются в клиниках Великобритании и США. Но не только гиганты занимаются технологиями AI. Стартап из Сан-Франциско собрал 8 млн венчурных инвестиций и создал Sense.ly, которая следит за состоянием людей, страдающих хроническими заболеваниями, напоминает о приема лекарств, необходимых исследованиях и визитах к врачам.

В британской клинике UCLH со следующего года начнут использовать технологии искусственного интеллекта для сортировки поступающих пациентов. На основе первичных анализов и жалоб людей, которые поступают в клинику, AI сделает выводы о степени тяжести пациента и срочности оказания ему помощи. В зависимости от этого будет формироваться очередь к врачу. Хотелось бы поскорее заполучить такую в наши многострадальные поликлиники и больницы. Также системы искусственного интеллекта помогают автоматизировать процессы в больницах, ускорить их и сделать более эффективными. Это касается визуализации и анализа результатов функциональных исследований — УЗИ, КТ, МРТ. AI способен справиться с задачей в десятки раз быстрее человека.

Так работает, например, система Zebra Medical Vision. Она основана на нейросети, которая обучалась и продолжает обучаться на сотнях тысяч снимков больных с проблемами легких. А сервис для кардиологии от IBM Arterys умеет анализировать данные, делать выводы и создавать визуализацию сердца.

ЧУЖИЕ СВОИ

До недавнего времени экзоскелеты, оснащенные датчиками, механизмами, манипулами, источниками питания и системами управления, которые увеличивают силу пользователя, можно было увидеть только на больших экранах и страницах научной фантастики. Например, Caterpillar сержанта Рипли в Чужом, костюм Железного Человека или вживленный экзоскелет в Элизиуме.

Теперь это вполне себе медицинская реальность. Например, ReWalk Robotics, производитель экзоскелетов из Массачусетса, проектирует, разрабатывает и реализует экзоскелеты, которые позволяют людям, прикованным к инвалидному креслу, снова стоять и ходить. Последний продукт компании ReWalk 6.0 использует передовые технологии, позволяющие людям с параплегией, травмами спинного мозга, приводящими к парезу или параличу ног, стоять, ходить и менять положение тела в пространстве. Система объединяет программное обеспечение, технологию распознавания движения, фирменные бортовые компьютеры, экзоноги с сервоприводом и питанием от батареи для обеспечения движения в суставах.

Быстро растущее число производителей медицинских экзоскелетов в настоящее время вкладывает огромные суммы в разработку программного и технического обеспечения. Вес и размеры сокращаются, батареи становятся более эффективными, металлические каркасы уступают место эластичным, легким и прочным материалам, включают искусственные мышцы и даже позволяют ощущать прикосновения. Они в корне изменят жизнь людей с ограниченной двигательной функцией, как и жизнь общества в целом, возвращая работоспособность, повышая качество жизни и снижая финансовую нагрузку.

СПЕЦТЕМА: Сюжеты
ТЕГИ: медицинаТехнологии3Dискусственный интеллектмедицинская помощь
Если вы заметили ошибку, выделите необходимый текст и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить об этом редакции.
powered by lun.ua

Корреспондент.net в cоцсетях