Круче, чем антибиотики: Топ-10 медицинских технологий, которые изменят будущее  (15)

Предвосхищая вопрос "если они такие замечательные, почему еще не на полках аптек", отвечаем — с момент совершения открытия в сфере медицины и до появления продукта на полках или нового устройства в больницах проходит 5-7, иногда даже 9-12 лет. Клинические испытания, получение разрешений регулирующих органов, поиск финансирования, создание технологий массового производства… это вам не новый "айфон". Не говоря уже о том, что многие из описанных технологий — это лишь фундамент, на котором можно построить великое множество самых разных конкретных вещей.

Обычно прорыв в медицине становится возможен благодаря многолетним и дорогим исследованиям. Иногда он является результатом случайности. А иногда действительно команда ученых делает шаг вперед и совершает настоящее открытие. Как, например, Ландолина и Исаак Миллеры и их Veti-Gel, гелеподобная субстанция которых в состоянии моментально закрывать раны и запускать процесс тромбообразования.

Гель против кровотечения создает синтетическую основу, которая имитирует внеклеточный матрикс, натуральную субстанцию, которая позволяет клеткам тела связываться и расти вместе. Вот видео (оно довольно кровавое) того, как гель на самом деле работает. В нем хорошо видно, что кровотечение быстро останавливается.

Рост легочной ткани с помощью магнитного подвешивания — звучит, как что-то из области фантастики. Это и было, до недавнего момента. В 2010 года группа исследователей задалась целью найти способ создания реалистичной человеческой плоти при помощи наномагнитов, которые бы удерживали плоть над питательным раствором во время ее роста.

Результатом их исследований стало создание самой реалистичной плоти из всех, когда-либо выращенных искусственных образом. Обычно ее выращивают в чашке Петри, но технология магнитного подвешивания позволила клеткам расти в трехмерном пространстве, что вылилось в создание более сложных слоев клеток. Не говоря уже о том, что 3D — это условия, максимально приближенные к тем, в которых клетки растут в человеческом организме, а значит, это открытие является огромным шагом вперед в процессе создания искусственных органов.

Очевидно, что медицинские технологии развиваются в направлении создания человеческой плоти и целых органов вне тела с целью создания своего рода "запасных частей" — если какой-то орган перестает работать, мы можем взять искусственный, новенький, прямо с конвейера. Сейчас эта идея прорабатывается на клеточном уровне с помощью геля, который имитирует действия определенных клеток.

Материал формируется в пучках, размеры которых составляют 1/7,5 млрд часть метра, то есть где-то в четыре раза шире, чем двойная спираль ДНК. У клеток есть свой скелет, который называется цитоскелет и который состоит из белка. Синтетический гель замещает этот цитоскелет в клетке и если его применить к, например, ране, он заместит собой потерянные или пораненные клетки. Это можно сравнить с крошечной, крошечной канализационной решеткой — жидкость может через нее протекать, что позволит ране затягиваться, однако одновременно искусственный "скелет" будет препятствовать проникновению в рану бактерий.

Исследователи из Института биомедицины и здоровья в Гуанчжоу (Китай) использовали клетки из мочи и модифицировали их с помощью лейковирусов так, что получились клетки-предшественники, которые используются телом в качестве "строительного материала" при создании клеток мозга. Самый большой плюс этого метода заключается в том, что новые нейроны, созданные в процессе, не превратились в опухоли ни в одной из мышей, которые участвовали в эксперименте.

До сих пор с той же целью использовали эмбриональные стволовые клетки, однако одним из побочных эффектов этого метода является возможность образования опухолей через какое-то время после трансплантации. А в случае с китайскими учеными и храбрыми мышами, клетки, полученные из мочи, стали принимать форму нейронов без каких-либо признаков отклонений уже через несколько недель после операции. Плюс использования этого метода не только в относительной дешевизне, но и в том, что для создания клеток мозга можно использовать мочу самого пациента, что должно резко снизить риск отторжения.

Когда пациент лежит в больнице месяцами, у него развивается риск появления пролежней — открытых ран, которые появляются из-за сжатия кожи и недостатка притока крови к ней. Пролежни могут быть смертельно опасны — не сами по себе, а как способ быстрого и эффективного заражения крови.

Канадский исследователь Шон Дьюклоу (Sean Dukelow) разработал электрическое нижнее белье под названием Smart-E-Pants. Оно раз в 10 минут воздействует на кожу слабыми электрическими разрядами. Эффект получается такой же, как если бы человек двигался самостоятельно — ток активирует мышцы и увеличивает кровообращение в "пораженных" электричеством областях, что сводит риск появления пролежней к минимуму.

Цветочная пыльца — один из самых распространенных аллергенов на планете и она хороша в том, что делает, из-за своего очень специфического строения. Внешняя часть пыльцы очень жесткая, настолько жесткая, что успешно выдерживает ту нагрузку, которую на нее оказывает чрезвычайно токсичная пищеварительная система человека. И это именно то, чего недостает вакцинам и единственная причина, почему вакцины впрыскиваются в кровь, а не принимаются в виде таблеток — вакцина не в состоянии противостоять "челюстям", живущим в желудке и кишечнике человека.

Но если бы можно было "упаковать" ее в оболочку пыльцы… было бы совсем другое дело! Исследователи из Техасского технологического университета в настоящий момент активно ищут способы использования пыльцы в качестве средства доставки вакцины в организм человека. Для этого они пытаются "взломать" пыльцу, вытащить из нее аллергены и поместить внутрь вакцину.

В первую очередь технология пригодится американским военным, находящимся за пределами США, но ее потенциал гораздо больше — как насчет спасения десятков миллионов жизней в странах третьего мира, в которых сейчас вакцинация недоступна из-за дороговизны и сложности процедуры?

Впрочем, над проблемой доставки вакцины в организм бьются сотни команд ученых. Исследователи из Королевского колледжа в Лондоне, например, взяли и засахарили, а затем превратили в иглы вакцины против малярии и ВИЧ. Иглы настолько тонкие, что они безболезненно прокалывают кожу и таким вот образом доставляются в организм.

Любой, кто ломал кости, знает, как же на самом деле долго они срастаются и заживают — этот процесс может "выключить" человека из активной жизни на недели, если не месяцы. Однако исследователи из Вашингтонского государственного университета разработали гибридный материал, из которого с помощью 3D-принтера можно печать нечто, что по своей структуре и свойствам очень похоже на человеческую кость.

Материал можно поместить в трещину или разлом в кости, значительно ускорив процесс сращивания. Причем материал не препятствует росту нормальных клеток кости и под их давлением постепенно саморазрушается.

Для печати они использовали принтер ProMetal 3D, который доступен для любого, у кого есть деньги. Настоящая проблема не он, а материал. Секретная формула включает цинк, кремний и фосфорнокислую известь. Результат работает достаточно хорошо, но пока только на кроликах.

Мозг — деликатный орган и даже самое небольшое его повреждение может иметь крайне негативный долгосрочный эффект. Для людей с травматическим повреждением мозга есть только два выхода — длительная и сложная реабилитация, или имплантация сложных и дорогих нейростимуляторов. Либо можно пустить ток по языку.

Язык соединен с нервной системой через тысячи нервных кластеров, некоторые из которых ведут прямо в мозг. Этот факт положен в основу работу устройства под названием Portable NeuroModulation Stimulator (PoNS). Он стимулирует определенные нервные окончания на языке в надежде на то, что это побудит мозг заняться "ремонтов" поврежденных нервных клеток. И это работает! Пациенты, которые проходили лечение этим методом, показывали значительное улучшение уже через неделю (осторожно, попытка чтения статьи по ссылке может привести к повреждению мозга).

PoNS может помочь не только при механическом повреждении мозга, но и для облегчения симптомов болезни Паркинсона, лечения последствий инсульта и рассеянного склероза. Может ли он помочь от мигрени, как  вот эта реально продающаяся разработка бельгийской компании STX-Med и работающая по принципу черескожной электрической стимуляции нервов (TENS)? Мы не знаем.

Одна из ключевых проблем кардиостимуляторов — имплантатов, которые следят за тем, чтобы человеческое сердце не остановилось (в мире сейчас с ними живут более 700 тыс. человек) — заключается в том, что в них рано или поздно садится батарейка. Это означает, что раз в 5-7 лет приходится проводить сложную, дорогостоящую и потенциально опасную операцию по замене этой самой батарейки. Но исследователи из Мичиганского университета решили проблему, научившись добывать электроэнергию из биения самого сердца и утверждают, что ее достаточно для того, чтобы питать кардиостимулятор.

Внимания также заслуживают скрытые резервы внутреннего уха человека (и любых млекопитающих) — американские ученые нашли способ извлекать полезную энергию из этой камеры в ухе, наполненной образующими электрический потенциал ионами. Для чего? Чтобы делать имплантаты, решающие проблемы со слухом, без батареек, а, следовательно, миниатюрными и, практически, вечными.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — это "инструкция по эксплуатации жизни", говорящая клеткам, что им надо делать. Измените структуру — и сообщение тоже меняется. ДНК часто сравнивают с кирпичиками, из которых строится жизнь, однако инженеры из Гарвардского университета поняли эту фразу куда более буквально. Они используют ДНК как строительный материал — блоки "Лего" наноразмера — чтобы строить всякое.

Именно образ кубиков Lego вдохновлял их, потому что помог визуализировать то, что они создали. И сравнение на этом не заканчивается — ДНК на базовом уровне закодирована четырьмя разными буквами: A, T, G и C. Когда ДНК объединена, G соединяется с C, а A – с T. Всегда. Поэтому получается цепь ДНК, которая состоит из двух букв, сродни выступающим из кубиков Lego "колышкам". Соединяйте их вместе — и вы сможете построить что угодно.

Эта концепция совершила переворот в умах биологов во всем мире и показала просто бесконечное количество возможностей. Команда исследователей создала генетическую копию 284-страничной книги, переведя ее в бинарный вид, а затем связав единицы и нули с A-T-G-C-структурой ДНК. Получившаяся в итоге цепь ДНК может быть декодирована кем угодно и в его распоряжении получится полный текст книги.

А эти исследователи создали ДНК-робота, который может следовать инструкциям. Этот прорыв открывает огромные возможности в мире медицины будущего.