Генетические паспорта

Мы все разные. У кого-то простуда проходит легко, у кого-то — после долгого приёма лекарств. При одинаковом диагнозе одно и то же лечение кому-то эффективно, а кому-то — нет. Как узнать, поможет ли конкретное лекарство конкретному человеку? Долгое время врачи ориентировались на единственно доступные характеристики больных — частоту пульса, массу тела, возраст, давление крови и так далее. С развитием технологий к ним добавились и генетические тесты. Большинство генов у людей одинаковые, но некоторые отличаются. Именно они определяют наши индивидуальные особенности — цвет глаз, волос, наследственные болезни и даже реакцию на лекарства. Например, выходцам из Африки нужно получать меньшую дозу некоторых лекарств, чем европейцам, потому что из их организма они выводятся дольше. В будущем у каждого человека будет свой генетический паспорт — файл, содержащий информацию обо всех генах организма. На его основе можно будет выбрать не только подходящее лекарство, но и предпочтительный рацион питания и вид спорта.

Инженерия тканей 

У взрослого здорового человека кожа обновляется раз в две недели. У остальных тканей этот процесс не такой быстрый, например, полное обновление костей (а их в человеческом организме более 200) происходит раз в десять лет. Наше тело повреждается болезнями, травмами, сказывается и возраст, и иногда организм просто не способен себя «залатать». Вот тогда на помощь приходит клеточная инженерия. Это область исследований, нацеленная на изготовление искусственных тканей и органов. Тканевые инженеры собирают ткани как конструктор. Сначала делают носитель-каркас, похожий на губку, из особого материала, который может растворяться в организме. Затем заселяют каркас клетками, взятыми у пациента, и помещают в специальный инкубатор, где тепло, влажно и достаточно питательных веществ для роста клеток. В таких условиях клетки начинают бурно делиться и заселять пустоты каркаса-губки. Через некоторое время клетки на носителе пересаживают пациенту. Носитель растворяется в организме, а клетки остаются и обживают новую территорию — «заплатка» поставлена! Фрагменты органов, например, кусочки кожи, мочевого пузыря или сердца уже без опасений пересаживают человеку. Конечно, не так просто с целыми органами. Заставить конструктор из разных клеток «подружиться» и работать сообща, чтобы искусственный орган работал, как настоящий — трудная задача. У тканевой инженерии большое будущее. В перспективе — обеспечить органами всех нуждающихся пациентов. Многие больные, стоящие в очереди на трансплантацию, умирают, так и не дождавшись донорский орган. Проверенные и безопасные искусственные органы спасли бы миллионы жизней.

Бионические протезы 

Бионика — направление науки, совмещающее в своих исследованиях природу и технологии. Одно из важных направлений — создание протезов, способных полноценно заменить утраченные или повреждённые конечности и органы. Например, «обычные» протезы рук, которые закрепляются на теле механически, могут сгибаться-разгибаться, но таким протезом трудно совершать обычные бытовые манипуляции. А бионические протезы напрямую связаны с нервной системой. Когда хочется пошевелить рукой, мозг создаёт сигнал, который, как по проводам, по сети нервов передаётся к мышцам руки. И если руки по каким-то причинам нет, то сигнал уходит в пустоту. Бионическая рука, соединённая с нервной сетью, считывает сигнал от мозга и совершает движения, как если бы это была настоящая рука. Чудо-протезы оснащены силиконовой перчаткой, которая имитирует кожу. На перчатке «рисуют» морщины, складки, веснушки и даже тату — и протез выглядит очень естественно. Это только начало. Медицина будущего поможет не только вернуть утраченные возможности, но и расширить их: сделает нас более сильными и быстрыми, как Терминатор или какой-нибудь другой фантастический герой.

Чипы для головного мозга

Каждый год в мире в результате дорожных аварий и других несчастных случаев получают повреждения спинного мозга от 250 000 до 500 000 человек. Статистика печальная, не менее страшны и последствия: зачастую после таких травм, когда нарушается связь в нервных сетях и импульс от мозга не передаётся в конечности, человек остаётся прикованным к постели или к инвалидному креслу. Учёные уже давно бьются над восстановлением повреждённых нервных сетей, пробуют «сшивать» разорванные «провода,» но пока без особых успехов. Если не удаётся восстановить повреждённый участок, то почему бы не доставить сигнал до места назначения обходным путём? И учёные создали нейроимплант и вживили в мозг крысы. Он обрабатывает сигнал, поступающий из головного мозга и по беспроводной связи передаёт его в обход повреждённого участка. Результаты опытов обнадёживают. Вперёди еще много экспериментов, ведь нужно добиться, чтобы нейроимплант стал абсолютно безопасным для использования в человеческом организме. Ждём.

Бионическая система Argus II компании Second Sight похожа на большие очки. Она улавливает свет и передаёт сигнал в обход больного глаза прямо в зрительный нерв, откуда он поступает в мозг. Так слепой человек может увидеть очертания предметов, движение, свет и тень.

Роботы — ассистенты 

Перспективы применения в медицине роботов огромны, ведь эти человеко-машины не устают и могут работать без перерывов. Их уже используют как помощников при операциях, как сиделок для детей и пожилых людей. Иногда бывают такие сложные операции, которые длятся часами, и от хирурга требуются особая точность, концентрация внимания, и малейшая ошибка может стать роковой. В этом случае робот может стать настоящим помощником. Самый известный помощник хирургов — робот «да Винчи.» Хирург видит на специальном дисплее многократно увеличенный оперируемый участок и с помощью джойстиков управляет операционными инструментами. Точность работы «да Винчи» позволяет сохранить неповреждёнными сплетения нервов и кровеносных сосудов. С помощью роботов-хирургов можно будет совершать операции дистанционно, согласитесь, хороший хирург не всегда есть поблизости.

Хирургическая система «da Vinci» состоит из двух блоков, первый предназначен для хирурга-оператора, а второй — четырёхрукий робот-манипулятор — является исполнительным устройством. Одна из «рук» робота держит видеокамеру, передающую изображение оперируемого участка, две другие в режиме реального времени воспроизводят совершаемые хирургом движения, а четвёртая «рука» выполняет функции ассистента хирурга. 

Паро — робот в виде гренландского тюленя. Паро реагирует на ласку, виляет хвостом и моргает, отзывается на имя, производит «тюленьи» звуки. Благодаря искусственному интеллекту, Паро запоминает, что нравится собеседнику и меняет настройки «по умолчанию.»

Лаборатории на чипах 

Врачу, чтобы поставить диагноз и назначить лечение, необходимы анализы. Так, одно из прорывных направлений — «лаборатории на чипе» — нацелены на скорость получения результатов и их достоверность. Чип — маленькая пластинка со множеством ячеек. Каждая ячейка — это мини-лаборатория, которая проводит определённый анализ. На 1 см² чипа можно разместить тысячу микроскопических ячеек. Представляете, сколько анализов может провести чип размером с сотовый телефон? Для диагностики на чипе нужна всего капля крови. Кровь, поступая в чип, распространяется по внутренней системе микроканалов и добирается до каждой ячейки. Получив кровь, ячейка мгновенно делает анализ, а результаты считываются с чипа специальным прибором. Одна пластинка заменит несколько разных лабораторий и снизит стоимость анализов. Лаборатория на чипе поможет сделать анализы даже вдали от ближайшей больницы, например, в космосе. Для путешествий в космическом корабле, где каждый сантиметр на счету, компактный размер мини-лаборатории — огромный плюс.

Нанороботы 

Нанометр — это миллиардная доля метра. Сравните монетку с планетой Земля — и вы ощутите разницу между нанометром и метром. Нанороботы — это не роботы в привычном понимании. Это комплексы молекул, работающие по заданной программе. Клетка нашего тела — это наноробот. У неё есть ядро-процессор, указаниям которого она подчиняется, работает от батареек (митохондрий) и изучает окружающую обстановку специальными сенсорами (белками на мембране). Зная принципы работы живых нанороботов, можно создать искусственные, которые будут работать так, как нам нужно. Простейший наноробот — респироцит, имитирующий работу эритроцита, клетки крови, которая переносит кислород и углекислый газ. Респироцит может «унести» в 236 раз больше кислорода, чем его прототип. Предполагается, что инъекция респироцитов в кровь даст возможность совершать глубоководные погружения без кислородных баллонов. Рукотворные нанороботы пока существуют только в теории, но учёные возлагают на них большие надежды. С помощью нанороботов можно будет прицельно доставлять лекарство больным тканям и органам. Это особенно важно для лечения раковых опухолей, когда несколько оставленных без внимания больных клеток могут свести на нет лечение.

Инъекции стволовых клеток 

Стволовые клетки — прародительницы всех клеток нашего тела. При делении в зависимости от потребностей организма они могут становиться клетками самых разных тканей. Они восстанавливают нас с момента нашего рождения, замещая собой больные и повреждённые клетки. Но их количество не безгранично. Запас стволовых клеток уменьшается и с возрастом, и во время тяжёлых болезней. Чем меньше стволовых клеток, тем сложнее «чинить» заболевший организм. Учёные получают стволовые клетки из тела взрослого человека, размножают в лабораторных условиях, а затем вводят в зону поражения. Например, инсульт — это гибель клеток мозга. Если человек выживает после него, он зачастую теряет контроль над телом. Стволовые клетки можно было бы применять для лечения последствий инсульта и любой другой болезни. Однако пока не всё так просто: технология достаточно дорогая, а процесс превращения клеток сложно контролировать. Вдруг они превратятся не в то, что нам нужно.

Конструирование лекарств на компьютере

Когда в организме нарушается нормальное течение химических реакций, мы болеем. Учёные находят вещество, ответственное за «беспорядок,» и ищут химическое соединение, которое сможет ему противодействовать. Оно и будет лекарством. Когда-то лекарства создавались методом проб и ошибок. Это было очень трудоёмко, долго и дорого. Да и удача должна была сопутствовать, чтобы создать вещество, которое не только вылечит больного, но и не навредит ему. Теперь удачу заменяют компьютерные технологии. Сегодня мы достаточно разбираемся в химии, чтобы знать, каким должно быть лекарство, чтобы правильно воздействовать на «нарушителя спокойствия.» Компьютеру задают функции искомого лекарства, а он перебирает разные варианты химических соединений. Гораздо труднее — испытать полученное лекарство в действии, доказать, что оно безопасно. Возможно, в будущем учёные напишут программу, заменяющую испытания лекарства на животных. Пока испытания длятся десятилетиями.

Искусственный интеллект 

Когда врач ставит диагноз, ему нужны знания, полученные в медицинском вузе, и весь предыдущий опыт, полученный на практике. В будущем врачам в этом трудном деле поможет искусственный интеллект. Экспериментальная программа WatsonEMR Assistant сопоставляет информацию из медицинских справочников, научных статей, истории болезней в тысячах подобных случаев — и ставит диагноз. Пока эту программу на деле не применяют, вдруг не все параметры были учтены. Всё-таки интуицию врача трудно заменить программой. Но работа в команде может стать большим прорывом. Это ещё раз напоминает о том, что будущее медицины, конечно, не в технологиях, а в образованных специалистах, которые готовы постоянно учиться новому и идти в ногу со временем.