Медицина на бъдещето: изкуствени органи, умни протези, джаджи и 3D кожа

В четвъртък, 18 октомври, в Санкт Петербург ще се проведе третата конференция „Бъдещето на медицината“, организирана от медицинската компания INVITRO. Руските биотехнологични и медицински компании ще представят най-новите си разработки, а специалистите ще обсъдят най-обещаващите области за развитието на медицинските технологии, включително тези, които вече улесняват живота на лекарите и пациентите. Участниците в конференцията ни разказаха за някои от тях. Читателите на Popular Mechanics получават 20% отстъпка от билет, използвайки промоционалния код popmeсh.

Биопечат: печат на органи и тъкани по поръчка

Тази есен космическият апарат Progress ще замине за МКС с необичаен товар - руски био-3D принтер за печат при условия на микрогравитация.

На Земята биоматериалите са използвани за 3D печат доста успешно. Вместо мастило касетата с 3D принтер е пълна със сфероиди - конгломерати от живи клетки; принтерът ги поставя върху субстрат от биосъвместим материал слой по слой - и получаваме тъкани и дори органи, подобно на живи. Отпечатаните тъкани вече активно се използват в трансплантологията: използвайки плат, създаден по този начин, можете, например, дори да затворите голямо изгаряне. Има напредък в отпечатването на хрущяла, който след това може да се използва за лечение на увредени стави. Хрущялните топки са отпечатани от швейцарската компания Codon; използвайки тяхната технология, вече са извършени 12 000 операции. Тъканта, отпечатана от клетките гостоприемник, има голям плюс - имунната система го възприема като своя собствена, така че рискът от отхвърляне е много малък.

С печатането на органи нещата са по-сложни: жив орган се състои от много видове клетки и тяхната последователност и връзки помежду си, които са много важни за работата на орган, е по-трудно да се пресъздадат от печатащия материал, състоящ се от клетки от същия тип. Има известни успехи и в тази посока, въпреки че засега не става въпрос за цели органи, а за конструкции - опростени аналози, които обаче се справят с работата на естествените прототипи. Американската биотехнологична компания Organovo отпечатва малки фрагменти от човешкия черен дроб, докато в патрона се зареждат не една, а три вида клетки; в университета Корнел е отпечатано човешко ухо от хрущялни и кожни клетки. Нито хората, нито животните все още не са се опитвали да трансплантират - но отпечатаните аналози са доста подходящи за тестване на лекарства за тях.

Отпечатаните тъкани и органи не са единственото приложение на биопечат. Използвайки 3D принтиране, в допълнение към шегите, можете да правите котлети, като слой по слой ги събирате от конгломерати на животински мускулни клетки. Дизайнерите експериментират с добавянето на живи клетки към тъканите (не биологични, а текстилни) - така създават дишащо облекло за спортисти. В Русия 3D Bioprinting Solutions успешно се занимават с 3D биопечат - неговите специалисти наскоро тестваха технологията за отпечатване на жлезиста тъкан и отпечатаха конструкцията на щитовидната жлеза на мишката, която работи като жива - използва синтеза на хормони. Учените имат големи надежди за 3D биопечат на органи: ако технологията може да бъде приложена за цели органи, човечеството ще реши проблема с недостига на донорски органи; това ще спаси хиляди животи всяка година.

Първият вътрешен 3D биопринтер FABION, разработка на 3D решения за биопринтиране

Още тази есен експериментът с отпечатването на конструкцията на мишката жлеза ще се повтори при неземни условия - на борда на Международната космическа станция, където при липса на земно привличане клетъчните сфероиди ще се опитат да поддържат заедно силно магнитно поле. След приключване на експеримента принтерът ще остане на станцията и върху него ще могат да работят не само руски, но и чуждестранни астронавти; Експертите на 3D Bioprinting Solutions предполагат, че ще бъде възможно да се отглеждат както човешки тъкани и органи, така и космически пържоли.

Неинвазивни медицински джаджи: наблюдение на тялото без инжекции и разрези

Колкото повече данни за състоянието на пациента, толкова по-добре е въоръжен лекарят, толкова по-точна е диагнозата и по-ефективно лечение. Говоренето за бъдещето на медицината не е без описания на системи за непрекъснато събиране на данни - записване на физиологични параметри като температура, сърдечна честота, кръвно налягане и кръвен състав. В идеалното бъдеще подобни системи ще бъдат напълно или частично неинвазивни - тоест, за да ги използвате, няма да е необходимо да пробивате или разрязвате кожата.

Всяка година учените предлагат няколко десетки концепции за неинвазивни джаджи за наблюдение на физиологичните параметри. Сред най-впечатляващите е тениска, която измерва честотата на вдъхновенията и издишванията и ви позволява бързо да диагностицирате астма; сензори за алкохол, сол и захар под формата на стикери за зъби или миниатюрни хиподермични импланти; алгоритми за разпознаване на видео, които могат да забележат куца или рязко намаляване на подвижността - те се предлагат да се използват за наблюдение на състоянието на възрастни пациенти с невродегенеративни заболявания - болести на Алцхаймер и Паркинсон.

Неинвазивният глюкометър отдавна е едно от най-очакваните медицински изобретения. Преди появата си всеки единадесети човек в света е бил принуден редовно да пробива кожата, за да измерва концентрацията на глюкоза в кръвта. Постоянният мониторинг на този показател е от решаващо значение за хората, страдащи от захарен диабет: с рязкото му увеличаване е необходимо да се осигури приемът на инсулин, в противен случай състоянието може да стане много сериозно, до кома. В същото време диабетиците често трябва да измерват концентрацията на глюкоза - десет пъти на ден или дори по-често - да пробият кожата, да изтръгнат капка кръв и да я прилагат върху тест лентата. Това причинява дискомфорт дори на възрастните и още повече на малките деца.

През последните няколко години учените разработиха много неинвазивни концепции за измерване на кръвната захар, но засега само едно такова устройство, Abbott FreeStyle Libre, е одобрено от американската администрация по храните и лекарствата и е сертифицирано за продажба в Русия. Устройство с големина на монета е монтирано близо до рамото и измерва концентрацията на глюкоза в междуклетъчната течност; данните се четат от специален мобилен приемник по всяко удобно време.

Протези: силни, умни, завладяващи

В не твърде далечното бъдеще 3D технологиите за биопринтиране и стволови клетки ще помогнат да се заменят болни или увредени органи. Ако не е отделен орган, който не работи или е изгубен крайник, се използват протези и те са много функционални. Вече има технологии, които ви позволяват да усетите текстурата на повърхността и вибрациите с механичните си пръсти, а най-очевидният набор от функции - хващане, задържане на предмети, дори деликатни манипулации, като въвеждане на клавиатурата или бродерия, вече са достъпни за собствениците на бионични протези.

За съжаление фактът, че технологията е внедрена и протезата може да бъде закупена в магазина, не винаги означава, че всеки, който се нуждае от тях, има бионични ръце и крака. Протезите са скъпи и дори с помощта на държавата хората, които са загубили крайници, са принудени да ограничат избора си на цена. Децата имат особено трудно време: до 18-годишна възраст се препоръчва да се сменят протези веднъж годишно, така че тези, които са загубили крайник преди края на растежа на скелета, трябва да се задоволят с евтини и нискофункционални протези. Бионичните протези се поставят не по-рано от 12 години - до тази възраст децата растат толкова бързо, че ще трябва да сменят протезата веднъж на няколко месеца.

До 12 години като правило струват козметични протези, които не се различават много от дървения крак на пират. Има два проблема с такива протези: първо, децата се смущават и се опитват да ги използват възможно най-малко. Второ, те не ви позволяват да създадете нормално натоварване на мускулите, не развиват онези части на нервната система, които при наличие на крайник контролират движението му; в резултат мускулите отслабват и умението да контролирате крайника изчезва и до момента, в който можете да поставите бионична ръка или крак, тялото е слабо подготвено.

За да не отслабят мускулите на предмишницата до момента, когато растежът на скелета се забави и ще бъде възможно да се постави бионична протеза, се използват тягови механични протези. В същото време тренират мускули и улесняват живота - с тяхна помощ можете да хващате и държите предмети.

В Русия компанията Motorika се занимава с производството на теглителни детски протези. Основателят му Иля Чех има собствена визия за бъдещото протезиране: според него в бъдеще изкуствените крайници ще се превърнат в заместител на мобилните джаджи. Те ще имат достъп до Интернет, сензорен екран, всички възможности на смартфон - и, разбира се, чувствителността, мобилността и здравината на жива ръка или крак.

Всичко изброено по-горе, разбира се, за бионичните протези: едва ли някога децата на сцеплението ще станат толкова футуристични (поне поради ограниченията, налагани от необходимостта от честа смяна на протези в детска възраст) - но специалистите на Motoriki също проявяват изобретателност в производството им. В детските модели те вграждат или бинокъл, след това фенерче или прашка, контролен панел на квадрокоптер или видеокамера. Това помага на детето да смекчи преживяното при травма и го насърчава да носи устройството по-често, като същевременно създава необходимото натоварване на мускулите на предмишницата.

Телемедицина: лекар по скайп и анализ у дома

В клиника Майо (Минесота), където се снима телевизионният сериал „Доктор Хаус“, в Анапа работят повече хора, отколкото живеят - 50 хиляди, от които 3800 имат висше медицинско образование. Трудно е да се назове заболяване, за което няма специалист в Майо. Но за тези, които са болни извън Минесота, далеч от големите градове със своите медицински центрове, стигането до консултацията с подходящия специалист може да бъде трудно. В развиващите се страни средното разстояние до най-близкия лекар е 38 км, в някои изолирани региони е много по-голямо.

Има три начина за решаване на проблема: или да доведете лекари и оборудване на места, където го няма, или да доведе пациентите до лекарите. Третият начин е да се установи отдалечена връзка между медицинските центрове и пациентите. Този подход се нарича телемедицина, той е разработен от седемдесетте и до днес е постигнал известен успех.

Телемедицината може да съществува "на живо" - чрез видео разговори, конференции, специализирани консултации. Понякога това е сесия за комуникация между лекар и пациент, понякога по-опитен хирург гледа видео на работата на по-малко опитен колега и дава съвети - това също е телемедицина. И за това, и за другото са необходими методи: тъй като традиционните протоколи за медицински прегледи са предназначени за присъствието на пациента в кабинета на лекаря, за отдалечени прегледи са необходими нови протоколи, които ще помогнат да се избегнат грешки.

Има и асинхронна телемедицина - когато данните се изпращат на специалисти за анализ и чакат отговор. Отдалечената рентгенология намери голямо приложение: изображенията се изпращат за преглед при специалисти, които не трябва да идват в отдалечен район - те могат да поставят диагноза, докато са на обичайното си място на работа. Използвайки същата схема, те организират дистанционна обработка на данни от микробиологични и хистологични изследвания (изображения на тъкани и клетки под микроскоп се изпращат на лекарите по електронна поща), както и работата на дерматолозите и психиатрите.

Популярността на асинхронната телемедицина се улеснява от бързия растеж на технологиите, които позволяват на пациентите самостоятелно да извършват анализи, да използват компактни устройства за ултразвуково изследване на тялото, а в бъдеще - компактни рентгенови апарати и устройства за запис на електроенцефалограми.

Една от основните задачи на съвременната медицина е да създава диагностични устройства, които пациентите могат да използват самостоятелно. Това ще намали тежестта за лекарите и в същото време ще ускори диагнозата. Един от най-популярните форми фактори на такива устройства за диагностика са тест ленти за откриване на наличието на маркери на различни патологии в телесните течности, от туберкулоза до рак.

Препоръчано

30% отстъпка от абонамента!
2019
Змийският робот се научи да се изкачва по стълбите: грандиозно изкачване
2019
Ангорски заек: най-интересните факти
2019