1. Искусственный интеллект
Нейронные сети делают работу специалистов проще и точнее. Например, ИИ умеет диагностировать заболевания: для этого программа анализирует результаты скринингов, а затем ищет закономерности. При этом все происходит намного быстрее, чем если бы это делал человек.
Также искусственный интеллект способен автоматизировать процесс подбора лечения на основе истории болезни, а также значительно ускорить процесс создания лекарств и вакцин. Обычно на их разработку и запуск в производство уходит несколько лет, а ИИ может сократить время до одного года. Обученная сеть способна как вычислять удачные комбинации, так и находить вероятный процент успеха при их применении. То есть избавить исследователей от необходимости тратить время на менее перспективные варианты.
И есть уже проверенные примеры. Изобретенный ИИ препарат для борьбы с обсессивно-компульсивным расстройством был испытан на людях в 2020 году.
2. Биопечать
Трансплантация органов помогает ежегодно спасать сотни тысяч жизней по всему миру. Но донорской печени, сердца или почек, пригодных для трансплантации, не хватает, поэтому на такие операции выстраиваются огромные очереди.
Возможно, решить эту проблему сможет биопечать, 3D-печать органов или тканей. Ученые всего мира экспериментируют с этой технологией и уже научились создавать таким образом кожу, ткань печени и сердце.
Биопечать работает следующим образом:
- Ученые собирают «чернила» для печати, то есть живые и здоровые клетки. Для этого либо берется нужный образец непосредственно у человека, либо используются взрослые стволовые клетки.
- В компьютере создается модель нужного органа или ткани, часто по результатам сканирование или МРТ.
- Загружается в принтер «краска» и другой органический или синтетический материал, например коллаген, который будет выступать в качестве основы.
- Далее дело за технологией. Головки принтера постепенно размещают биоматериал в нужных местах. Процесс небыстрый - на это уходят часы.
Пока такие органы людям не пересаживают, их используют только для клинических испытаний. Но отпечатанные таким образом кости, в том числе и кости черепа, уже пересажены людям. На этом возможности использования 3D-принтера в медицине не ограничиваются. Так что печатать на нем лекарства уже умеют: первые образцы были запущены в продажу в США еще в 2016 году.
3. Бионические протезы
Искусственные заменители ампутированных конечностей использовались людьми на протяжении тысячелетий: деревянные пальцы находили даже на мумиях. Долгое время протезы либо выполняли только косметические функции, либо оснащались сменными функциональными насадками, например, в виде вилки или крючка. Хотя эта альтернатива была полезной, она все же не могла значительно улучшить качество жизни пациента.
Ученые давно искали решение, которое могло бы превратить протез в полноценную часть тела, управляемую силой мысли. Первые успешные эксперименты имели место уже во второй половине 20 века, но массовое производство таких конечностей стало возможным только в 21 веке. Благодаря развитию бионических технологий.
Секрет работы роботизированных «рук» или «ног» — в миосенсорах: они цепляются за мышечную ткань, реагируют на сигналы мозга и передают их на протез. Достаточно подумать о желаемом действии, и новая конечность его выполнит. В результате человеку не нужно долго адаптироваться, серьезно менять привычки, отказываться от увлечений и спорта.
Некоторые современные протезы рук позволяют даже чувствовать! Например, модульный протез конечности, разработанный в Университете Джона Хопкинса. Внутри него более 100 датчиков, реагирующих на температуру, текстуру и расположение объекта.
4. Генная терапия in vivo
Возможность лечения наследственных заболеваний, вызванных нарушением работы определенного гена, таких как муковисцидоз или спинальная мышечная атрофия, начали обсуждать в 1970-х годах. С тех пор появилось несколько технологий «коррекции» состояния пациента: введение нового гена, выключение старого или замена его здоровой копией.
Последнее долгое время проводилось только ex vivo: из организма брали необходимый материал, обрабатывали в лаборатории, а затем имплантировали обратно в организм здоровым. Однако некоторые генные болезни таким способом вылечить нельзя: не всякую клетку можно успешно культивировать вне организма. Поэтому ученые искали другой путь. И нашли его в генной терапии in vivo: в этом случае препарат вводят пациенту, а ген исправляют прямо внутри организма.
Первое такое средство было зарегистрировано в Европе в 2012 году. Оно называлось Glybera и должно было помочь людям с дефицитом гена LPL, который вызывает накопление триглицеридов и тяжелый панкреатит. Однако препарат был снят с производства и его регистрация снята уже в 2017 году: потребность в нем была невелика, а существовали более простые и экономичные варианты лечения.
С тех пор появилось еще несколько препаратов, уже более успешных. Например, Luxturna лечит амавроз Лебера, редкую форму наследственной слепоты, а Zolgensma лечит некоторые виды спинальной мышечной атрофии.
5. Робот-хирург
Роботы-помощники нужны не только для облегчения работы хирурга, но и для получения успешного результата при особо точных операциях, например, на головном мозге. Эксперименты с подобными технологиями начались в 1980-х годах. Тогда было создано сразу несколько машин. Среди них:
- Артробот. Позиционировал и фиксировал ногу пациента во время операции - позволил отказаться от привлечения к этой работе ассистентов.
- PUMA-560. Используется для выполнения первой роботизированной биопсии. Аппарат определил желаемое место введения иглы на основании данных томографии.
- PROBOT. Ассистент в точной хирургии простаты.
- ROBODOC. Упрощенное эндопротезирование суставов путем вырезания точного участка бедренной кости.
Все они, однако, использовались частным образом и скорее экспериментально. Самым первым роботом, которого начали массово привлекать в помощь хирургам, стал «да Винчи» (одобрен FDA, Минздравом США, получен в 2000 году). Он позволяет выполнять сложные операции малоинвазивным способом, то есть с наименьшим вредом для пациента. Может применяться в кардио- и нейрохирургии, урологии, гинекологии и других областях.
«Да Винчи» имеет четыре «руки», но сам операцию не проводит: им управляет хирург с помощью пульта. Кстати, не обязательно из соседней палаты: управлять роботом можно даже за сотни километров от него. Пользуются «да Винчи» во многих странах мира. Например, в России он помог провести более 24,5 тысяч операций.
6. Виртуальная карта и иммунная терапия рака
Каждый год в мире диагностируют миллионы новых случаев различных видов рака. И ученые постоянно работают над изучением онкологических заболеваний: пытаются понять особенности поведения клеток и найти альтернативные эффективные методы лечения.
В последние годы в этом направлении появилось несколько интересных открытий. Так, исследователи из Кембриджского университета с помощью VR-технологий создали интерактивную карту раковой опухоли. Он позволяет «пройтись» по разным его частям, как на онлайн-картах города, и детально рассмотреть каждый кластер ячеек. Для создания карты ученые взяли биопсию опухоли пациента, разрезали образец на тонкие срезы, провели серию тестов для сбора информации о генетическом материале и загрузили данные в систему. Программу можно обновлять, загружая новую информацию: записывать и наблюдать, как именно опухоль прогрессирует и как взаимодействуют ее клетки.
Еще одно важное открытие уже связано с лечением рака. Его разработали американские и японские иммунологи Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё. Независимо друг от друга они обнаружили в организме человека механизмы, подавляющие работу Т-лимфоцитов. Если эти механизмы отключены, иммунная система начинает бороться с раковыми клетками самостоятельно. За свою работу ученые получили Нобелевскую премию в 2018 году. Благодаря их открытию были созданы препараты, разблокирующие иммунную систему, в частности ипилимумаб и ниволумаб. Клинические испытания показывают, что они действительно могут улучшить результаты лечения, например, меланомы (рака кожи).
Иммунотерапия по-прежнему является новым подходом к лечению рака и подходит не для всех видов рака. Поэтому отказа от других методов в ближайшее время не будет. Одним из основных способов борьбы с этим заболеванием остается применение радиофармпрепаратов. Они имеют множество разновидностей, и для каждой локализации заболевания используют свои. Например, радий-223 необходим для лечения рака простаты. Единственный существующий препарат с ним производится за границей, но до конца года планируется выпуск его аналога в России. Сейчас над этим работают ученые Томского политехнического университета. Они будут добывать радий-223 путем облучения солей радия-226.