А сегодня разберем самые круты и невероятные события медицинской сферы 2020, о которых я ранее не писал. Во второй части публикации посмотрим, как все уменьшается и может эффективнее нас лечить.

Биотехнологическая магия

  1. Разрезать пирожное силой мысли

Уникальное событие в сфере нейрокомпьютерных интерфейсов (НКИ). Благодаря работе сотрудников Университета Джонса Хопкинса с помощью НКИ, в котором 96 микроэлектродов помещаются в двигательную и чувствительную кору головного мозга, парализованный человек смог научиться управлять роботизированными руками. Причем Роберт Хмилевски (именно так зовут этого человека) не только двигал руками, но и чувствовал их прикосновения к другим объектам. Роберту удалось настолько хорошо научится совладать с двумя роборуками, что сейчас он может выполнять такие мелкие действия, как поднести руки с вложенными в них приборами к тарелке с пирожным, разрезать его и поднести отрезанный кусок ко рту.

  1. Умные сосуды

В будущем у нас могут быть не только умные холодильники, колонки и унитазы, но даже и умные части тела. И не только руки-ноги, но даже умные сосуды! Да-да, исследователи из Китая и Швейцарии создали гибкие, биоразлагаемые, электронные аналоги натурального кровеносного сосуда с похожей структурой. И мало того, что изобрели, но даже испытали на живом существе! У кроликов заменили сонные артерии на такие умные сосуды, с которыми животные жили аж три месяца! Никаких признаков осложнения и воспаления (не считая, стандартных послеоперационных изменений) не было. В подобные сосуды, по словам исследователей, можно вставлять десятки, если не сотни, самых разнообразных сенсоров. Сосуды, которые помогают пациентам быстрее восстанавливаться после операций, которые отслеживают скорость кровотока, артериальное давление и биохимические показатели крови… Почему бы и нет.

 

  1. Операция на расстоянии

Многие в 2020 году поняли, что можно работать удаленно. Интересно, что такая тенденция может дойти и до хирургов. Мы же помним, что основная фишка в 5G связи – мгновенный отклик на команду на любом расстоянии. Это критичный момент, который не позволял распространяться удаленным оперативным вмешательствам ранее. Однако совсем недавно хирург из Лондона дистанционно провел операцию на объекте, который находился в Калифорнии. Хоть объектом был банан, но думаю, в ближайшие годы мы увидим немало операций «на расстоянии» и на людях

  1. Селезенку в печень

Китайцы снова удивляют биоинженерной магией. Они разработали метод, который позволяет превратить селезенку в печень! В экспериментах у обычных живых мышей обрабатывали селезенку различными веществами, чтобы она выросла. Затем в селезенку подсаживали клетки печени, которые прижились внутри и образовали структуры, свойственные полноценной печени. Потом первоначальную печень почти полностью удалили (для обычного организма – смертельная манипуляция). И о чудо – новоиспеченная селезенкопечень взяла на себя функции утраченного органа – участвовала в метаболизме жиров, белков и углеводов, запасала гликоген, производила функциональные белки крови. И да, все мыши с новой печенью после операции выжили.

  1. Воссозданная человеческая печень у крыс

Американские исследователи тоже удивляют. Они взяли каркас печени крысы, заселили его человеческими индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (взрослые клетки, которые методом определенных манипуляций вернули в зародышевое состояние). Получили печень, которая и выглядела, как настоящая, и функции свои нормально выполняла. Все сосуды и желчные протоки в полученных печенях сформировались идеально. Уже отличное достижение! Далее новые органы пересадили крысам, после чего они пару дней успешно жили. Потом пошли осложнения со стороны системы свертывания. Есть еще над чем работать.

 

  1. 3D-печать через кожу.

3D-принтер напечатал ухо сквозь кожу мыши. Звучит фантастически, но это уже реальность. Кто хочет разобраться подробнее, тут хорошо все расписали.

  1. Спинной мозг и биоробот

А исследователи из США создали искусственный каркас, заселили его предшественниками мышечных клеток, которым дали разрастись до зрелых мышечных волокон, внедрили в мышечные волокна нервные отростки из спинного мозга мыши (да, из мышки перед этим спинной мозг достали), после чего начали разными методами пускать импульсы по спинному мозги и смотреть, как дергаются мышцы. Заработало. Появляются наработки для управления «новыми» конечностями.

  1. Восстановление лёгких

Довезти донорские легкие до человека, которому они нужны – проблема. Вне тела человека они со временем достаточно серьезно повреждаются и могут потом или не подойти, или стать источником серьёзных проблем. Однако в этом вопросе могут помочь свинки. В исследованиях к сосудам этих милых животных присоединяли пять поврежденных донорских легких на 24 часа. Да, иммунодепрессанты тоже давали. Результат – повреждения существенно уменьшились, легкие стали более подходящими для пересадки, чем в случае использования стандартных аппаратов для поддержания функции донорских органов.

  1. Сенолитические лимфоциты

В этом году удалось модифицировать лимфоциты, чтобы они могли уничтожать сенесцентные клетки в нашем организме. Напомню, что сенесцентные клетки – это старые клетки, которые накапливаются в организме, не выполняя полезных функций, но вырабатывая опасные провосполительные вещества. Одна из причин старения организма. Чтобы избавится от них создаются препараты – сенолитики. Подробнее можете узнать из нашего подкаста. Однако, натренировать собственные лимфоциты на борьбу с сенесцентными клетками выглядит более физиологичным решением этой проблемы.

 

Миниатюризация технологий в медицине

  1. Самый маленький датчик в организме.

В прошлый раз я писал о датчиках на коже, датчиках-серьгах. А как вы думаете, какой может быть самый маленький датчик в организме? А самый маленький датчик, который можно внедрить в организм нам представили в конце весны, и он помещался внутрь всего одной клетки! Такой датчик способен оценивать внутриклеточные потоки веществ. Изучать живой организм «онлайн» на уровне внутриклеточных процессов – удивительное событие в 2020м году! Правда исследователи немного схитрили, датчик был внедрен в оплодотворенные яйцеклетки мышей, которые могут быть в 10 раз больше других клеток. Но все равно событие впечатляет.

  1. Биосенсеры – еще меньше

Датчик из предыдущей новости максимальным размером достигает 22 микрометров, то есть все еще достаточно большой. Но уже есть предпосылки чтобы создавать и нанодатчики. Все дело в том, что с помощью графена удалось сделать чип толщиной всего в один атом углерода. Связав такой датчик с определенными антителами можно анализировать многие параметры самых различных сред организма. Учитывая, что ожидается улучшение чувствительности на единицу площади в 2000 раз по сравнению с обычными датчиками, нас ждет очень интересное будущее, где желающие смогут отслеживать абсолютно все параметры своего организма – от внешней температуры, до внутриклеточных показателей.

  1. Искусственные эритроциты, как настоящие и даже лучше

Исследователи из Китая и США создали искусственные эритроциты, которые по ряду свойств неотличимы от настоящих. После всех лабораторных исследований такие эритроциты вводили в кровоток кур и мышей, при этом не было никаких побочных эффектов, свою функцию частицы выполняли хорошо. Ученые решили пойти дальше и снабжали искусственные эритроциты различными штуками: гемоглобином, контрастными веществами для МРТ, противоопухолевыми средствами, оксидом железа Fe3O4 и флуоресцентным сенсором АТФ.

В случае с гемоглобином искусственные эритроциты вели себя практически эквивалентно естественным – отдавали и накапливали кислород, когда надо. При снабжении Fe3O4 появлялась возможность управлять такими частицами в магнитном поле и доставлять их содержимое куда пожелается, что создает отличную предпосылку создания «адресной» доставки лекарств. При введении бактериальных токсинов искусственные эритроциты брали основной удар на себя, но не разрушались так же легко, как настоящие. То есть, организм, снабженный такими эритроцитами мог лучше справляться с серьезными инфекциями.

 

  1. Управляемый противораковый микроробот

А вот еще одна новость, показывающая что мы на верном пути к наноботам. Исследователи из Германии, Турции и США создали сферические микроштуки, с помощью которых можно оставлять лекарства в любую точку организма, проверено во время доставки противоракового препарата (доксорубицин) в искусственной модели . Управлять ими можно с помощью магнитного поля. И они могут плыть против тока крови. Самые мелкие рабочие микроботы-доставщики лекарств в исследованиях были размером всего 3 микрометра. Так, глядишь, скоро и наноуровня достигнем.

 

  1. Все становится микророботом

В этом году просто прорвало исследователей микроустройств, которые можно применять в медицине. Интересное решение проблемы устройства таких штук предложили китайские ученые, которые нашли способ делать управляемые микроботы из… чего угодно! Секрет – специальный магнитный спрей, который можно нанести на любой объект, которым затем можно управлять с помощью магнитного поля. Посмотрите, как ловко передвигаются в разной среде объекты самых различных форм, обработанные таким спреем.  В экспериментах полученные таким путем микроустройства смогли передвигать по сосудам, а также внедрять в труднодостижимые участки желудка кролика. Однако следует помнить, что получаемые микроустройства могут использоваться во всех сферах, а не только в медицине.

  1. Больше микроустройств в организме, которые двигаются еще быстрее!

А в Гонконге в этом году взяли и запустили по сосудам микроракету! Да, реально сделали микроустройство с тремя соплами, которое движется за счет термофореза (из участка с одной температурой – в участок с другой). При этом был установлен новый рекорд в скорости передвижении среди микророботов, который составил 2,8 миллиметра в секунду. Промчалась микроракета по в модельным резиновым сосуда, которые были наполнены глицерином и бычьей кровью, а также по сосудам мышиного уха.

  1. Более сложные микророботы

А вот нечто более похожее на микроробота, так как содержит микросхему. В Корнелльском университете создали 100 микрометровые управляемые (примитивные движение) механизмы с ничтожной себестоимостью. И финансовый аспект подчеркивается, так как даже небольшая компания может позволить себе создать миллионы таких устройств. Звучит внушающе, но до того, как устройства найдут свою нишу, надо решить немало вопросов – энергоснабжение и расширение функционала являются одними из них.

  1. Хирургические инструменты выходят на микроуровень

Прогнозы на этот год продолжают сбываться – хирургические инструменты становятся все меньше, что позволяет делать более мелкие вмешательства. Вот, например, прототип инструмента для малоинвазивной хирургии, который способен извлекать и перемещать образцы тканей только за счет сил трения. С помощью такого инструмента можно извлекать глубоко расположенные ткани без опасности захвата и повреждения окружающих областей. Уже предложены варианты выполнения с помощью данного инструмента биопсии, малоинвазивные операции по удалению опухолей, тромбов и пораженных тканей из глубоко расположенных областей.

  1. Миниатюрный аппарат для микрохирургии

Не только отдельные инструменты, но и целые хирургические аппараты становятся все меньше. К роботизированной хирургии нам не привыкать. Однако, когда мы думаем о каком-нибудь роботе-хирурге, то представляется огромная бандурина, занимающая пол операционной комнаты (как на изображении). А тут японцы и американцы подумали и явили миру роботизированный механизм для проведения хирургических операций с точностью до 26,4 микрометра (!!!). И масса такого робота всего 2,4 грамма (!!!!!). Операции на мелких сосудах, нервных окончаниях, на глазах – любые мелкие вмешательства будут выполняться с лучшими результатами при помощи подобных манипуляторов. Интересная сторона миниатюризации в прогрессе.