Медицина будущего: чем и как нас будут лечить. А главное - кто. Слуховой аппарат, подключённый к черепу. Медицинские технологии – ровесники медицины

Происходит масса удивительных вещей, краткий обзор самых важных идей и разработок дал бы возможность заглянуть в завтрашний день.

Предлагаем вам топ-10 медицинских технологий будущего.

1. Дополненная реальность

Технология Hololens, которая испытывается разработчиками с 2016 года, может изменить медицинское образование и клиническую практику в целом.

Еще в 2013 Институт Фраунгофера в Германии начал экспериментировать с приложением дополнительной реальности для iPad при удалении раковых опухолей. Во время операции хирурги могут видеть сквозь тело пациента, с ювелирной точностью направляя инструмент к опухолям.

2. Искусственный интеллект в медицине

Упомянутый суперкомпьютер может за 15 секунд прочитать и запомнить около 40 миллионов медицинских документов, выбрав наиболее подходящее решение для врача. Загрузите в него 40 лет клинической практики, и мы станем лишними…

Врач - живой человек, а человеческий фактор порой становится причиной фатальных ошибок. Так, в больницах Великобритании 1 из 10 пациентов стационара так или иначе испытывает на себе последствия человеческой ошибки. По мнению экспертов, искусственный интеллект позволит избежать большинства из них.

Проект Google Deepmind Health используется для майнинга медицинских данных. Совместно с британской больницей Moorfields Eye Hospital NHS эта система работает над автоматизацией и ускорением принятия клинических решений.

3. Киборги среди нас

На самом деле эпоха киборгов началась много десятилетий назад, когда люди перешагнули черту между живой и неживой природой. Первый имплантируемый водитель ритма в 1958, первое искусственное сердце в 1969 году…

Нынешняя эпоха кибернетического ажиотажа на Западе подхватила новое поколение хипстеров, готовых имплантировать железные части тела ради «крутого» вида.

Достижения медицины сегодня рассматриваются не только как возможность преодолеть болезнь и компенсировать физические дефекты, но и как удивительный способ расширить возможности человеческого тела. Глаз орла, слух летучей мыши, скорость гепарда и хватка терминатора - это больше не кажется бредом.

4. Медицинская 3D-печать

Стоит ли нам удивляться отпечатанным лекарствам?

Это перекроит весь фармацевтический мир.

Технология персональной 3D-печати лекарств, с одной стороны, затруднит контроль качества. Но, с другой стороны, она сделает миллиарды людей независимыми от мутного бизнеса Big Pharma.

Не исключено, что через 20 лет вы сможете отпечатать таблетки цитрамона на собственной кухне. Это будет так же просто, как чашка утреннего кофе. Перспективы трансплантологии и эндопротезирования суставов выглядят просто потрясающе. Врачи смогут создавать бионические уши и компоненты тазобедренных суставов «у койки больного», по снимкам и персональным замерам.

Уже сегодня благодаря проекту e-NABLING the Future неравнодушные врачи и добровольцы распространяют медицинскую 3D-печать, публикуют видеоуроки и разрабатывают новую техническую документацию по протезированию.

Благодаря им дети и взрослые из Чили, Ганы, Индонезии получили новые искусственные руки, недоступные с «шаблонными» технологиями.

5. Геномика

По данным Коалиции персонализированной медицины, в 2017 году существуют сотни доказательных приложений для клинических решений на основе геномики. С ними врачи могут подбирать оптимальное лечение, основываясь на результатах генетических анализов конкретного пациента.

Благодаря методу быстрого генетического секвенирования Стивен Кингсмор и его команда в 2013 спасли смертельно больного ребенка, и это было лишь начало.

Геномика - удивительный медицинский инструмент профилактики и лечения болезней, если он используется мудро и ответственно.

6. Оптогенетика

Суть ее заключается в том, что ученые модифицируют генетический материал клеток, обучая его реагировать на свет определенного спектра. Затем работой органов можно управлять при помощи «выключателя» - обычной лампочки. Издание Science ранее сообщало, что специалисты в сфере оптогенетики научились индуцировать ложные воспоминания у мышей, воздействуя светом на мозг.

Идеальный инструмент пропаганды сразу после вечерних новостей!

Кроме шуток, оптогенетика может предложить фантастические опции лечения хронических заболеваний. Как насчет замены таблеток на «волшебную кнопку»?

7. Роботы-помощники

Робот TUG - это надежная «лошадка», способная носить множество медицинских грузов суммарным весом до 1000 фунтов (453 кг). Этот маленький помощник бороздит коридоры клиник, помогая доставлять инструменты, лекарства и даже чувствительные лабораторные образцы.

Его японский коллега Robear выполнен в виде гигантского медведя с мультяшной головой. Японец может поднимать и укладывать пациентов в постель, помогать встать с кресла-коляски и переворачивать лежачих больных для профилактики пролежней.

На следующем этапе развития роботы будут выполнять простые медицинские манипуляции и брать биоматериал для лабораторных анализов.

8. Многофункциональная радиология

Уже наметился переход от допотопных рентгеновских аппаратов к многофункциональным цифровым машинам, которые одновременно видят сотни медицинских проблем и биомаркеров. Вообразите сканер, способный за секунду подсчитать количество раковых клеток внутри вашего тела!

9. Испытания препаратов без живых существ

Современные микрочипы с клеточными культурами позволяют имитировать настоящие органы и целые физиологические системы, давая явные преимущества перед многолетними испытаниями на добровольцах.

Технология Organs-on-Chips основана на использовании стволовых клеток для имитации живого организма с помощью вычислительных устройств.

Многие эксперты считают, что данная технология сможет полностью заменить доклинические испытания на животных и улучшить лечение рака.

10. Носимая электроника

Константин Моканов

Процесс развития медицины с каждым годом ускоряется, и 2017 год полон технологий, открывающих новые перспективы лечения людей. «Футурист» составил подборку наиболее актуальных и значимых из них.

Робототехника и автоматизация постепенно преображают то, как врачи выполняют и хирургические операции, и терапевтическое лечение. Новые системы используют достижения программного обеспечения, миниатюризации и робототехники, позволяя проводить минимально инвазивные операции на самых деликатных частях анатомии человека. С каждым годом роботы выполняют все более сложные задачи с невозможной для людей точностью.

Новая хирургическая система da Vinci X

Успешно внедренные модели роботов-хирургов da Vinci продолжают совершенствовать. Новый представитель линейки предоставит хирургам и больницам доступ к передовым технологиям роботизированной хирургии по более низкой цене. Intuitive Surgical, компания-производитель робота, мировой лидер в области роботизированной минимально-инвазивной хирургии, объявила, что ее новая хирургическая система da Vinci X уже получила сертификат соответствия стандартам (CE Mark) в Европе.

«За последний 21 год Intuitive Surgical стала первопроходцем в области роботизированной хирургии, и мы продолжаем лидировать в разработке и выводе на рынок инновационных технологий, ориентированных на результат», - сказал доктор Гари Гутарт ( Gary Guthart), генеральный директор Intuitive Surgical. - «Наши хирурги, больницы и клиенты по всему миру рассказали, что операции с использованием роботизированных технологий имеют огромное значение для их пациентов, подчеркивая важность предоставления выбора с клинической, технологической и стоимостной точек зрения».

Роботизированные системы da Vinci разработаны, чтобы помочь хирургам осуществлять минимально инвазивную хирургию. Однако они не запрограммированы на самостоятельное проведение хирургических операций. Все процедуры выполняются хирургом, который контролирует систему, Da Vinci же обеспечивает 3D-изображение высокой четкости, роботизированную и компьютерную помощь.

Робот-хирург, способный провести операцию на мозг в 50 раз быстрее человека

Хирургия головного мозга требует крайней точности, один промах может повлечь гибель пациента. Даже у представителей одной из самых квалифицированных профессий в мире человеческий фактор может стать причиной смертельной ошибки. Исследователи Университета штата Юта надеются сократить влияние человеческого фактора: они полагают, что их операционный хирург способен выполнять сложные операции на мозге, сократив время, необходимое для разрезания черепа, с двух часов до двух с половиной минут. Таким образом, робот сократит время, необходимое для сложной процедуры, в 50 раз.

Аппарат двигается вокруг уязвимых участков черепа по данным, получаемым при сканировании компьютерной томографией и передаваемым в программное обеспечение робота. Компьютерная томография показывает программисту расположение нервов или вен, которых должен избегать робот.

Помимо очевидных преимуществ механизма машины, она также в долгосрочной перспективе может сэкономить деньги за счет более короткого времени операции. Дополнительным плюсом является уменьшение времени пребывания пациента под наркозом, что также делает процедуру более безопасной.

Терапевтические наноматериалы

Наноматериалы - это устройства, которые настолько малы, что их можно измерить только в молекулярном масштабе. Эти микроскопические машины бывают разных форм и могут быть изготовлены из различных материалов, от золота до синтетических полимеров, в зависимости от их предполагаемых функций. Фактически, более 50 лекарств на основе наночастиц уже одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами, такими как Abraxane от рака молочной железы и Doxil от рака яичников. В настоящее время эти аппараты используются для выборочной доставки токсичной химиотерапии непосредственно в раковые опухоли, что способствует снижению доз, необходимых для их уничтожения, и риска серьезных побочных эффектов для пациента. В будущем нанотерапевтические средства могут быть разработаны для уничтожения самих раковых клеток.

Ради этой цели исследователи разработали новую платформу неинвазивного метода визуализации действия наночастиц на рак у мышей (в реальном времени), что поможет исследователям улучшить их до тестирования на людях.

«Это важный шаг вперед в этой области», - заявил главный исследователь Александр Стег (Alexander Stegh). - «В нанотехнологической области отсутствует тщательная оптимизация, которую мы наблюдаем при разработке обычных лекарств, и мы хотели бы изменить это. Система, которую мы здесь разработали, действительно позволяет нам поддерживать эти усилия».

Команда Стега использовала новую платформу для тестирования терапевтических наноматериалов, которые они разрабатывали, - сферических нуклеиновых кислот (SNAs). Они могут убить неизлечимый в настоящее время тип рака мозга, нацеливаясь на определенный ген. Система визуализации помогла установить, что наночастицы оказывают наибольший эффект между 24 и 48 часами после введения, и, следовательно, определить наилучшее время для введения дополнительной химиотерапии.

Искусственный интеллект

Еще одна малозаметная технологическая новинка в медицине включает использование искусственного интеллекта (ИИ). IBM Watson, суперкомпьютер компании IBM, уже продемонстрировала острый диагностический взгляд, а машинное обучение и программы глубокого обучения были использованы для прогнозирования всего, начиная с предположительного момента смерти пациента до следующей крупной вспышки заболевания.

Можно ожидать, что применение ИИ в медицине будет только расти. Особенно в этом году, когда необходимость отбирать и ассимилировать огромное количество медицинских данных - на индивидуальной или крупномасштабной, общественной основе - станет критической. Между тем страх, что потенциально несовершенные программы машинного обучения вытеснят человеческие ресурсы, также станет более реальным.

Редактирование генов

Революционная технология редактирования генов CRISPR/Cas-9 стала уникальным прорывом в области биологии. Она предлагает преобразование ее из медленной, неточной науки в нечто, близкое к физическим наукам. Будущее технологии редактирования генов открыто самым невероятным догадкам, несмотря на легальные запреты во многих странах и этические вопросы, связанные с этим.

Более широкое использование технологии на людях уже неизбежно. Возможно, именно 2017 год, станет годом, когда это случится в первый раз. Наиболее вероятны широкие испытания редактирования генов в борьбе с раковыми заболеваниями, или использование CRISPR для искоренения патогенных человеческих ДНК-вирусов, таких как ВИЧ или герпес.

Но ожидаются также пассивные меры, такие как простое изучение прогресса болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний или даже немедицинских сельскохозяйственных и промышленных применений этой технологии. Осознание механизмов действия последовательностей ДНК позволит ученым решать проблемы во всех областях биологии, от лечения болезней человека, до понимания того, почему исчезают некоторые виды живых существ.

Контроль инсулин-продуцирующих клеток на смартфоне

Для людей с диабетом инъекции инсулина являются неотъемлемой частью жизни. Однако новое устройство, созданное китайскими исследователями и проверенное на мышах, может избавить их от необходимости постоянных уколов. Команда имплантировала клетки, продуцирующие инсулин, мышам с диабетом, а затем использовала приложение на смартфоне для «включения» этих клеток. Через два часа устройство, которое его создатели называют HydrogeLED, стабилизировало уровень сахара в крови у мышей. Гидрогелевая капсула размером с монету. Она вживляется под кожу животным и состоит из инсулин-продуцирующих клеток и светодиодных ламп. Клетки вырабатывают инсулин только тогда, когда включены светодиоды.

Уровень сахара в крови можно контролировать с помощью отдельного Bluetooth-глюкометра, который подает сигнал в приложение, когда он поднимается слишком высоко. Затем приложение включает светодиоды, вызывая выработку инсулина. Пользователь может вручную контролировать яркость светодиодов и продолжительность их работы, таким образом регулируя, сколько инсулина попадает в кровь.

Однако пока использование приложения на людях невозможно в связи с некоторыми проблемами. Мыши, на которых проверялась работы устройства, заключены в катушку электромагнитного поля, которая очень похожа на интеллектуальный домашний хаб - таким образом приложение может взаимодействовать с сервером. Светодиоды питаются от самого электромагнитного поля, а значит, вся система не сможет работать вне катушки. Кроме того, на данный момент уровень сахара в крови все еще проверяется с помощью иглы.

В будущих версиях HydrogeLED эти проблемы будут решены. Автор исследования Хайфэн Е планирует запустить 24-часовой мониторинг уровня сахара в крови встроенным глюкометром, который при необходимости сможет автоматически запускать светодиоды.

Здоровье

Нет сомнений в том, что наше общество в настоящее время развивается гораздо быстрее , чем в прошлом. Это относится также к медицинским технологиям, которые сегодня достигли невероятно высокого уровня, но что же нас ждет впереди ?

Многие технологии уже успешно применяются, но некоторые из них еще ждут своего часа, несмотря на то, что уже есть доказательства их эффективности . В будущем мы сможем заживлять раны за считанные минуты, выращивать полноценные органы, кости и клетки, создавать оборудование, работающее на энергии человека, восстанавливать поврежденный мозг и многое другое.

Здесь собраны самые любопытные технологии, которые уже изобретены, но пока широко не используются.

1) Остановить кровотечение поможет гель

Обычно какие-то открытия в области медицины случаются в ходе долгих лет сложных дорогостоящих исследований . Однако порой ученые имеют дело со случайными открытиями, или группа молодых перспективных исследователей вдруг наталкивается на нечто интересное.

Например, благодаря молодым исследователям Джо Ландолина и Исааку Миллеру на свет появился Veti-Gel – кремообразное вещество, которое моментально запечатывает рану и стимулирует процесс заживления .

Этот гель, останавливающий кровотечение, создает синтетическую структуру, которая имитирует внеклеточный матрикс – ткань межклеточного пространства, которая скрепляет клетки. Предлагаем посмотреть видео , которое демонстрирует гель в действии.

Так мы будем останавливать кровь: технология будущего (видео):

В этом примере видно, как из разрезанного куска свиного мяса сочится кровь и как она моментально останавливается при использовании геля.

В других тестах Ландорино использовал гель для того, чтобы остановить кровотечение сонной артерии у крысы. Если этот продукт станет широко применяться в медицине, он позволит спасти миллионы жизней , особенно в зонах боевых действий.

2) Магнитная левитация помогает выращивать органы

Выращивание искусственной легочной ткани с помощью магнитной левитации – звучит, как фраза из фантастической книги, однако теперь это реальность. В 2010 году Глауко Соуза и его команда стали искать способ создания реалистичной человеческой ткани с помощью наномагнитов , которые позволяют ткани, выращенной в лаборатории, подниматься над питательным раствором.

В результате была получена самая реалистичная ткань органа из всех искусственных тканей. Обычно ткани, созданные в лаборатории, растут в чашках Петри, а если ткань приполнять, она начинает расти в трехмерной форме , что позволяет строить более сложные слои клеток.

Рост клеток "в 3D формате" является самой лучшей симуляцией роста в естественных условиях в теле человека. Это огромный шаг вперед в создании искусственных органов, которые затем можно имплантировать в тело пациента.

3) Искусственные клетки, имитирующие натуральные

Медицинские технологии сегодня идут в направлении поиска возможностей выращивать человеческие ткани за пределами организма, другими словами, ученые стремятся найти способ создавать реалистичные "запчасти", чтобы помочь всем нуждающимся.

Сеть волокон синтетического геля

Если какой-то орган отказывается работать, мы заменяем его на новый, таким образом, обновляя всю систему. Сегодня эта идея обращается к клеточному уровню: ученые разработали крем, который имитирует действие некоторых клеток .

Этот материал создается сгустками шириной всего 7,5 миллиардных частей метра. Клетки имеют свой собственный тип скелета , известный под названием цитоскелет , который образован из белков.

Цитоскелет клеток

Синтетический крем заменит этот цитоскелет в клетке, а если крем применить на рану, он способен заменить все клетки, которые были потеряны при травме . Жидкости будут проходить сквозь клетки, что позволит ране заживать, а искусственный скелет будет защищать от проникновения в организм бактерий.

4) Клетки мозга из мочи – новая технология в медицине

Как это ни странно, но ученые нашли способ получения человеческих клеток мозга из мочи . В Институте биомедицины и здоровья в городе Гуанчжоу , Китай, группа биологов использовала ненужные клетки мочи для создания из них с помощью лейковирусов клеток-предшественников , которые наш организм использует в качестве строительных блоков для клеток мозга.

Самым ценным в этом методе является то, что новые созданные нейроны не способны вызывать появление опухолей , по крайней мере, как показали эксперименты с мышами.

В прошлом для этой цели использовались стволовые клетки эмбрионов , однако одним из побочных эффектов таких клеток было то, что в них с большой вероятностью появлялись опухоли после трансплантации. Через несколько недель клетки, полученные из мочи, уже начинали формироваться в нейроны совершенно без каких-то нежелательных мутаций.

Очевидное преимущество такого метода в том, что сырье для новых клеток является очень доступным . Также ученые имеют возможность создавать клетки для пациента из его же собственной мочи, что повышает шансы того, что клетки приживутся.

5) Медицинская одежда будущего – электрическое нижнее белье

Невероятно, но факт: электрическое нижнее белье поможет спасти сотни жизней . Когда пациент лежит в больнице дни, недели, месяцы без возможности вставать с постели, у него могут появиться пролежни - открытые раны, которые образуются из-за отсутствия циркуляции и сжимания тканей.

Оказывается, пролежни могут приводить к летальному исходу. Примерно 60 тысяч людей умирает из-за пролежней и сопутствующих инфекций ежегодно только в США.

Канадский исследователь Шон Дукелов разработал электрическое нижнее белье, которое получило название Smart-E-Pants . С помощью такой одежды тело пациента получает маленький электрический разряд каждые 10 минут.

Эффект от таких ударов током такой же, как если бы пациент двигался естественным образом. Ток активирует мышцы, повышает циркуляцию крови в этой области, эффективно предотвращает появление пролежней , позволяя спасти пациенту жизнь.

6) Эффективная вакцина из цветочной пыльцы

Цветочная пыльца – один из самых распространенных аллергенов в мире, что связано со строением пыльцы. Внешняя оболочка пыльцы невероятно прочная, что позволяет ей оставаться целой , даже проходя через пищеварительную систему человека.

Именно таким свойством должна обладать любая вакцина: многие вакцины теряют эффективность, так как они не могут выдержать кислоты желудка , если применять их орально. Вакцины разрушаются и становятся бесполезными.

Исследователи из Технического Университета Техаса ищут способы использования пыльцы для создания вакцин, спасающих жизни, для солдат, направленных за рубеж. Главный исследователь Харвиндер Гилл имеет цель проникнуть в пыльцевое зерно и удалить аллергены, а вместо них поместить в пустую оболочку вакцину . Ученые уверены, что эта возможность изменит способы использования вакцин и медикаментов.

7) Искусственные кости с помощью 3D принтера

Все мы прекрасно помним, что если сломать руку или ногу, мы должны в течение долгих недель носить гипс , чтобы кости срослись. Похоже, что подобные технологии уже в прошлом. С помощью 3D принтера ученые из Вашингтонского Университета разработали гибридный материал, который имеет те же свойства (прочность и гибкость) , что и настоящие кости.

Такая "модель" помещается на место травмы, а настоящая кость начинает обрастать вокруг нее. После того, как процесс завершен, модель размельчается.

3D принтер, который используется – ProMetal , он доступен практически любому. Проблемой является сам материал для костной структуры . Ученые используют формулу, которая включает цинк, силикон и фосфат кальция . Процесс удачно был тестирован на кроликах. Когда костный материал комбинировали со стволовыми клетками , естественный рост кости был намного быстрее, чем обычно.

Вероятно, в будущем с помощью 3D принтеров можно будет выращивать не только кости, но и другие органы. Единственное, что нужно изобрести подходящие материалы .

8) Восстановление поврежденного мозга

Мозг – очень нежный орган и даже небольшая травма может вызвать серьезные длительные последствия , если повреждены определенные важные области. Для людей, переживших подобные травмы, длительная реабилитация – единственная надежда вернутся к полноценной жизни. В качестве альтернативы изобретено специальное устройство , которое стимулирует язык.

Ваш язык связан с нервной системой с помощью тысяч пучков нервов , некоторые из которых ведут прямо в мозг. Основываясь на этом факте, был изобретен переносной стимулятор нервов под названием PoNS , который стимулирует особые нервные области на языке, чтобы заставить мозг восстанавливать клетки, которые были повреждены.

Удивительно, но это работает. Пациенты, которые получали такое лечение, испытывали улучшение уже через неделю . Помимо тупых травм, PoNS может также использоваться для восстановления мозга от чего угодно, включая алкоголизм, болезнь Паркинсона, инсульт и рассеянный склероз .

9) Человек, как генератор энергии: кардиостимуляторы будущего

Кардиостимуляторы сегодня используются примерно 700 тысячами людей для регулирования сердечного ритма. Но через какое-то время, обычно около 7 лет, его заряд истощается и он разряжается, требуя сложнейшей дорогой операции по замене .

Ученые из Университета Мичигана , похоже, решили проблему, разработав способ использовать энергию, которую дает движение сердца. Эту энергию можно использовать для питания кардиостимулятора.

После весьма успешных испытаний кардиостимулятор нового поколения готов к реальному использованию на живом человеческом сердце. Это устройство создано из материалов, которые создают электричество, меняя форму.

Если попытка окажется удачной, эту технологию можно будет применять не только для кардиостимуляторов. Можно будет создавать оборудование и устройства, работающие на человеческой энергии . Например, уже изобретен прибор, который вырабатывает электричество, используя вибрации внутреннего уха, и применяется для питания небольшого радиоприемника.

Биотех и медицина – одни из самых модных, востребованных и интересных направлений в высокотехнологичном бизнесе. Тысячи амбициозных стартапов привлекают миллиарды инвестиций и представляют продукты, которым место скорее на страницах фантастических романов. Хирурги, которые видят ваше тело насквозь, неразличимые глазом датчики, анализирующие информацию о вашем самочувствии, кибернетические конечности для инвалидов, лазерные скальпели, генная терапия, роботы-сиделки и многое другое. Как все это меняет мир медицины и что нас ждет в ближайшем будущем?

Диагностика

Основа лечения - правильный диагноз, поэтому почти треть современных компаний в биотехе так или иначе связаны с мониторингом физического состояния человека. Наиболее перспективное направление развития - внедрение в организм микродатчиков. Это могут быть небольшие таблетки вроде создаваемых FitBit, или биометрические татуировки, такие как VivaLNK, или RFID - микрочипы, имплантируемые под кожу. Подобные датчики не только в режиме реального времени измеряют все важные параметры здоровья, но и создают полноценную медицинскую карту в облаке, которую может использовать лечащий врач.

Проекты вроде Qualcomm Tricorder X Prize или Viatom Check Me, измеряющие пульс, температуру тела, насыщение ее кислородом, систолическое и артериальное давление, физическую активность и сон, открывают новую страницу в медицинской помощи. Вместо текущих симптомов врач видит динамику на протяжении месяцев. Сами пациенты получают возможность оперативнее замечать негативные изменения в своем состоянии, а медицинские и страховые компании использовать больше данных для оптимизации расходов на лечение и страхование.

Замена и модификация органов

Кростехнологичные проекты обеспечивают прорывы в большинстве медицинских направлений. Например, сочетание 3D-сканирования, 3D-печати, продвинутого софта и новых полимеров произвели революцию в области стоматологии. Если раньше люди вынуждены были выпрямлять зубы и исправлять прикус посредством болезненных, долгих операций, вроде протезирования или брекетов, то сейчас на рынке появилась технология «элайнеров», индивидуальной программы использования прозрачных фиксаторов с минимум неудобств. Еще пять лет назад, когда я только основал компанию StarSmile, об элайнерах в России знали единицы, сегодня – эта технология прочно входит в нашу действительность, особенно с появлением большего количества биосовместимых материалов. В мире уже появились специализированные компании, типа немецкой Next Dent, сосредоточенных только на разработке новых материалов. И их усилия уже приносят свои плоды: сегодня доступны материалы, из которых можно печатать пластиковые временные коронки или целые съемные протезы в нескольких цветах.

Медицинская 3D-печать и биотехнологическая промышленность заново проектируют весь мир фармацевтики и донорских органов. 2016 был годом успешной 3D-печати печени, артерии и кости. Пересаженные органы показали успешное приживление: поскольку новые ткани основаны на генетической карте самого пациента, то риск отторжения при удачной пересадке минимален. Более того, новые органы сами развивали в себе сеть сосудов и капилляров. В этом году Harvard’s Wyss Institute вплотную приблизился к созданию искусственной почки. И уже в ближайшем будущем врачи смогут напечатать замену для любого органа в нашем теле. Аналогичная ситуация в фармацевтике – 3D-принтеры будут готовить для пациентов дозы лекарств, распечатанных на месте по модели, подготовленной индивидуально лечащим врачом.

Параллельно с печатью живых органов развивается индустрия создания киборгов. Сейчас автоматизированные протезы имеют замещающий характер: миллионы пациентов носят имплантированные дефибрилляторы или кардиостимуляторы, роботизированные конечности, подключенные к нервной сети. Но потенциал развития данного направления гораздо выше, чем простое замещение. Достижения в области будущей медицинской техники будут направлены не столько на ремонт физических недостатков, сколько на создание органов более совершенных, чем спроектированные эволюцией. Зрение во всех областях спектра, усиленные мышцы, сердце, которое никогда не перестанет биться, легкие, позволяющие дышать под водой или в удушливом дыму и т. д. Но пока такие направления остаются чисто теоретическими, работают гораздо более простые, но тем не менее эффективные проекты вроде е-NABLING. Это программа по свободному обмену 3D-моделями доступных протезов плюс инструкции по их печати и эксплуатации.

Исследования

Следующее важнейшее направление биотеха - модернизация процесса R&D. В этой области отчетливо заметны два крупнейших направления: изучение генома человека и моделирование физических процессов с помощью специализированных программ. В мире уже испытывается целая серия микрочипов, которые могут быть использованы в качестве моделей человеческих клеток, органов или целых физиологических систем. Преимущества такой инновации неоспоримы: вместо долгих и опасных исследований компании могут программировать поведение и реакцию человека на тот или иной раздражитель в контексте биотеха на разрабатываемые лекарства. Эта технология спровоцирует революцию в области клинических испытаний и полностью заменит тестирование на животных и людях.

Проект расшифровки генома человека начался около 30 лет назад, но настоящие прорывы были связаны с ростом вычислительной производительности компьютеров. Сейчас эта работа близка к завершению, определено большинство функций генов в ДНК-цепочке человека. На практике это означает начало эры персонализированной медицины, когда каждый пациент сможет получить индивидуальную терапию с настраиваемыми лекарствами и дозировками. Уже сейчас существуют сотни основанных на фактических данных приложений для персональной геномики. Метод быстрого генетического секвенирования был впервые применен командой Стивена Кингсмора для спасения жизни маленького мальчика в 2013 году. Тогда это было невероятным, крайне затратным и уникальным по своей эффективности случаем. Уже в ближайшем будущем это станет обыденной медицинской практикой.

Операции будущего и новое образование

В медицине еще долго будет необходимо присутствие живых врачей. Но благодаря технологиям у них в распоряжении будет нечто большее, чем два обычных глаза: на помощь придет дополненная реальность. Уже сейчас эта, на первый взгляд развлекательная, технология начинает проникать в медицинскую сферу. Цифровые контактные линзы от Google корректируют курс лечения диабета через измерение уровня глюкозы в слезных протоках. Разработка Microsoft Hololens (использование AR во время операций) уже проходит тестирование в Германии. Получаемые через сканирование данные проецируются на очки хирургу, так что доктор буквально может смотреть сквозь тело пациента, видеть кровеносные сосуды перед началом разреза, определять плотность и структуру ткани. Как дополнительное улучшение можно использовать интеллектуальные инструменты: например, хирургический нож iKnife от Imperial College работает как световой меч джедаев. Электрический ток позволяет делать надрезы с минимальной потерей крови, а испаренный дым анализируется масспектрометром в режиме реального времени, давая хирургу полную картину по составу тканей организма.

Еще одна сфера применения AR – программы медицинского обучения. В 2016 году доктор Шафи Ахмед провела первую операцию с использованием камер виртуальной реальности в больнице Royal London. Каждый желающий мог наблюдать за ней в режиме реального времени через две камеры, дающие обзор в 360 градусов. Технологии могут совершенно изменить форматы профильного образования: молодые медики будут изучать анатомию на виртуальных таблицах рассечения, а не на человеческих трупах, а сотни учебных томов будут преобразованы в виртуальные 3D-решения и модели с использованием дополненной реальности. Именно в этом направлении сейчас работают такие компании, как Anatomage, ImageVis3D и 4DAnatomy: интерактивный софт, построенный на дополненной реальности и моделировании ресурсов.

Забота о пациентах и медицинский суперкомпьютер

Роботы постепенно входят в мир заботы о пациентах. Работа врача – поставить диагноз, назначить лечение или провести операцию, а круглосуточный уход можно переложить на плечи разумных автоматов. Сейчас на рынке развиваются сразу несколько подобных проектов. Робот TUG – мобильное устройство, способное нести несколько стоек, тележек или отсеков, содержащих препараты, лабораторные образцы или другие чувствительные материалы. RIBA и Robear используются в работе с пациентами, которые нуждаются в помощи: оба могут поднимать и перемещать пациентов в постели, помочь пересесть в инвалидную коляску, встать или приподняться, чтобы предотвратить пролежни, взять ряд анализов и передать их врачи.

Помимо механических помощников в медицине активно используются методики машинного обучения. Разрабатываемый IBM Watson – искусственный интеллект в области медицины, будет помогать врачам в анализе больших данных, мониторинге как отдельных пациентов, так и целых социальных групп, принятии важных клинических и профилактических решений. Watson имеет возможность прочитать 40 млн. документов в течение 15 секунд и предложить наиболее подходящие методы лечения. Также суперкомпьютеры привлекаются к разработке лекарственных средств для моделирования их влияния на различные болезни, сокращения побочных эффектов и поиска оптимальных химических формул. Еще одно направление – статистика и администрирование. Google Deepmind Health использует данные медицинской документации, чтобы обеспечить наиболее востребованные, эффективные и быстрые услуги в области здравоохранения.

В качестве резюме

Нельзя не упомянуть и о рисках, которые несут в себе прогрессивные технологии. Например, развитие видеоигр спровоцировало синдром зависимости и даже посттравматические расстройства, шлемы виртуальной реальности вызывают привыкание и проблемы со зрением и координацией. Медицинский 3D-принтер наверняка сможет распечатывать не только полезные витамины, но и героин. А лекарства на основе генома в руках террористов – потенциальная угроза появления биологического оружия. Как и любой аспект прогресса, развитие медицины несет в себе множество угроз, и какая чаша весов в итоге перевесит, предсказать невозможно.

Какой будет медицина в будущем

Медицина в мире стремительно движется вперед. Ученые смогли расшифровать генетический код человека, а не так давно научились делать это быстро и почти массово. Это дает доступ к совершенно новым методам лечения и предотвращения болезней. Какой будет медицина уже через несколько лет, когда новейшие методы будут доступны и у нас, и какие вызовы она поставит перед человечеством, рассказал директор лаборатории молекулярной диагностики, профессор медицинского факультета Макгильського и Монреальского университетов (Канада) Юрий Мончак.

Как будет работать медицина будущего

«Первое, что изменится в лечении благодаря расшифровке генетического кода, - это появление персонализированной медицины. Прочитав ваш генетический код, теперь можно подобрать то лечение, которое будет максимально эффективным именно для ваших нужд и для вашего физического состояния», - говорит Юрий Мончак.

«В нашей лаборатории мы будем где-то через год начинать испытывать этот персонализированный подход к болезни. Сейчас это будут только добровольцы. Мы будем брать образцы их раковых клеток, считывать генетический код и на основе полученных результатов вместе с фармацевтической компанией будем смотреть, какие лекарства можно применить к определенной болезни (из тех 10 или 20 000 видов лекарств, которые есть в нашей библиотеке) и подбирать, какие из них являются наиболее эффективным. По словам ученого, такой персонализированный подход чрезвычайно сильно поднимет эффективность лечения.

Еще одна возможность новой медицины, которая открылась перед учеными, - выращивание «запасных» клеток для лечения. У пациента могут взять клетки из любой ткани (например, из кожи), которые в генетическом коде имеют эти дефективные гены. Эти клетки ученые дифференцируют в точную копию больных клеток. Тогда можно будет заменить дефективные гены правильными генами, вырастить эти клетки в чашках Петри и трансплантировать их больному человеку.

Здесь, конечно, есть нюансы - например, мы не сможем заменить целый мозг. Но если это инфаркт сердца, когда замирает часть органа, такие клетки можно имплантировать, и они будут заживлять и лечить часть сердца больного человека.

«За последнее столетие, даже учитывая то, что человечество имело только примитивные знания о медицине, средний возраст человеческой жизни вырос с 50 лет до 75 лет. Насколько изменится средняя продолжительность жизни с теми знаниями, которые мы получили сейчас, трудно предсказать», - отмечает Юрий Мончак.

В развитых странах новейшие методы будут использовать уже через несколько лет

«Эти новейшие методы в медицине, по крайней мере в начальной фазе, будут введены для основной массы населения в развитых странах уже через 5-10 лет», - говорит директор лаборатории молекулярной диагностики. Уже есть фирмы, которые предлагают секвенирование (расшифровку) части генов. И на основании этого медики могут определить вашу склонность к около полусотни различных болезней.

Пациентам говорят, склонны ли они к определенной болезни. Таким образом, вы сможете консультироваться с врачом, который сможет вам это объяснить и, если это возможно, дать рекомендации, чтобы уменьшить риски развития потенциальных заболеваний. «Думаю, вскоре будет намного больше таких фирм. Однако есть риск, что люди могут узнать некоторые вещи о себе, которые они бы не хотели знать. Здесь есть очень серьезные этические проблемы, которые выдвигает эта наука», - считает ученый.

По словам Юрия Мончака, в Америке уже со следующего года планируют секвенировать (расшифровывать) полный геном каждого новорожденного ребенка. С одной стороны, это крупномасштабной проект, и он нужен. Но с другой стороны, человечество еще не имеет ответа на те вопросы, которые возникнут в начале реализации этого проекта. Ведь расшифровка кода может показать, что у ребенка может быть определенная болезнь.

Но что, если для лечения этой болезни еще нет лекарств? Как это повлияет на будущее ребенка и на отношение к нему его родителей? Будут ли вкладывать родители такого ребенка средства в его образование и в его развитие?

«Прочитать код очень легко, но иметь соответствующие лекарства для лечения тех заболеваний, которые будут указаны после секвенирования, - это гораздо труднее. Итак, мы немного опережаем наши возможности. Сейчас многое будет зависеть от юристов и биоэтики, которые смогут придать развитию этой отрасли правильное направление и определить, о каких заболевания следует говорить родителям, а о каких - нет», - считает профессор Юрий Мончак.

Перспективы в России

Российская медицина пока отстает от развитых стран по крайней мере на 10-15 лет, сказал ученый. Впрочем, этот разрыв при благоприятных обстоятельствах можно существенно сократить, считает он.

По его словам, на сегодня наука в России является «заглушенной», но если дать ей возможность развиваться, даже при минимальном увеличении возможностей ученые в России сразу, как грибы после дождя, будут раскрывать свой потенциал.

«В России нужны два ключевых изменения: стабилизировать политическую ситуацию и побороть коррупцию», - говорит Юрий Мончак. По его словам, низкий уровень зарплат ученых делает нашу страной очень привлекательной для потенциальных инвесторов - фармацевтических и биотехнологических компаний, которые охотно бы инвестировали деньги в институты. В России даже очень талантливые ученые готовы работать за минимальную плату. Если инвестировать в эту сферу немного больше денег, мотивация возрастет, многие студенты увидят, что они могут в ней успешно реализоваться, и это станет значительным толчком для развития науки. Но сегодня потенциальные инвесторы не уверены, где эти деньги окажутся и где потом будут использоваться изобретения.

Кроме того, важно провести реформу науки в России и дать лабораториям больше автономии, а, следовательно, и возможность развиваться. «Чтобы небольшие лаборатории не ждали, что все разрешения и указания должны спускаться сверху, из каких-то учреждений - правительства или министерства», - говорит Юрий Мончак.

Колоссальные возможности и биоэтика

«14 человеческих эмбрионов уже были клонированы. Некоторые из них происходили от мертвого ребенка. Ребенок погиб в автокатастрофе. Его кровь была передана в лабораторию, и этого ребенка клонировали, - говорит Юрий Мончак. - Сейчас, насколько нам известно, каждый из тех эмбрионов был отторгнут, то есть клонированного человека на Земле ещё нет».

Впрочем, если такой ребенок родится, здесь возникает множество вопросов, например: как этот ребенок будет относиться к тому, что он является копией другого существа.

Сегодня ученый, который делал эти эксперименты с клонированием человека, перенес свою лабораторию из Америки, где законы запрещают клонирование, в Ливан, и там продолжает свою работу. «Он, между прочим, провел эксперименты по совмещению генетических аппаратов человека и коровы, чтобы просто исследовать, может ли коровий эмбрион добавить некоторые факторы, которые позволят человеческому эмбриону выжить. Ученый может этим заниматься. Но должен ли он это делать?» - спрашивает Юрий Мончак.

«Кроме того, сейчас ученые могут получить любую клетку из вашего тела и вернуть ее в стволовое состояние. Из этого состояния ученые могут ее дифференцировать в любую другую клетку тела. Можно взять по одной клетке у двух мужчин. Одну клетку дифференцировать в сперматозоид, другую - в ооцит, скрестить этот сперматозоид с ооцитом, - и родится ребенок, который будет иметь двух биологических родителей. Как это будет психологически отражаться на ребенке? Он не будет иметь матери? Имеем ли мы право делать такие вещи? Вот в чем вопрос.