Управляемые протезы
Врачи и инженеры продвигаются в совершенствовании бионических протезов, которые улавливают импульсы, проходящие по нервам, и становятся продолжением тела человека.
Такие бионические протезы ног, созданные в Реабилитационном институте Чикаго, управляются нервной системой и поэтому угадывают намерение повернуть направо или подняться на ступеньку. Принцип действия такого протеза заключается в регистрации его сенсорами электромиографических сигналов, возникающих в мышцах бедра и «говорящих» ноге, что ей делать дальше. В будущем они смогут уберечь своих владельцев от падений. А в Университете Вандербильта создан биопротез с управляемыми суставами колена и лодыжки.
Это устройство с множеством сенсоров, в том числе гироскопов и измерителей ускорения, электромоторчиков с редкоземельными магнитами и компьютерных чипов с малым потреблением энергии.
А с помощью устройства, созданного в Технологическом институте Джорджии, управлять инвалидным креслом теперь сможет полностью парализованный человек, для этого ему понадобится лишь язык . Система представляет собой миниатюрный магнитный язычок, который, будучи прикреплен к верхней поверхности языка, работает как джойстик. Человек двигает языком вправо-влево, вперед-назад, передавая команды наголовному приемному устройству, отдаленно напоминающему наушники с микрофонами, а оно в свою очередь сообщает компьютеру, что делать.
В области разработки мозг-компьютерных интерфейсов, позволяющих управлять внешними устройствами непосредственно из мозга, тоже сделан важный шаг — обезьяну научили манипулировать «силой мысли» сразу двумя виртуальными руками . Фактически она управляла своим аватаром. Эксперимент проведен в лаборатории известного специалиста по мозг-компьютерным интерфейсам Мигеля Николелиса, в Медицинском центре Университета Дьюка. В мозг двух обезьян нейрофизиологи вживили рекордное количество электродов и для декодирования их активности использовали специальный алгоритм. До сих пор все подобные управляемые мозгом манипуляторы двигали только одной рукой. Переход на две руки — принципиальный шаг вперед.
Вакцинами по раку
Иммунотерапия рака была названа журналом Science главным научным прорывом года. Это метод, который настраивает иммунную систему человека для борьбы с раковой опухолью. Его практическое воплощение — противораковые терапевтические вакцины, которые вводят не профилактически, чтобы защититься от инфекции, а уже заболевшему человеку, чтобы помочь иммунной системе справиться с болезнью.
Такие вакцины уже проходят клинические испытания, как, например, вакцина против рака Pexa-Vec двойного действия, которая одновременно убивает раковые клетки и вызывает образование специфических антител на раковые антигены.
Эта вакцина четвертого поколения сделана на основе ослабленного и генетически измененного вируса коровьей оспы. Вирус может размножаться только в раковых клетках, кроме того, он несет ген белка, стимулирующего иммунный ответ. Действие вакцины в ходе клинических исследований изучили на трех пациентах. Один пациент, с почечно-клеточным раком, прожил 76 месяцев, другой, с мелкоклеточным раком легкого, — 24,5 месяца, третий, с меланомой, — 12 месяцев. Это дольше, чем они могли бы прожить без вакцинирования, с учетом их состояния, свидетельствуют медики.
Буквально неделю назад появилось сообщение об обнадеживающих результатах терапевтической вакцины против мультиформной глиобластомы — одного из самых агрессивных раков мозга. Удалить ее из мозга полностью практически невозможно. Испытания вакцины в США показали, что через полгода после начала лечения 90% пациентов были живы, через год — 30%. Эти показатели примерно в полтора раза выше, чем при стандартном лечении. Механизм действия вакцины основан на активации Т-клеточного иммунитета.
Специалисты продвигаются по пути персонализированной онкологии, когда лечение основано на результатах индивидуального геномного анализа опухоли у конкретного пациента.
В этом году медики из Института изучения рака Кембриджского университета научились следить за генетическими изменениями опухоли по результатам анализа ДНК раковых клеток, циркулирующих в крови. Это позволяет, не подвергая пациента болезненной процедуре взятия ткани на анализ, следить за тем, как раковая опухоль эволюционирует со временем и как она отвечает на лекарства. Таким путем медики нашли специфические мутации лекарственной устойчивости опухоли.
Большим шагом к персонализации лечения стала попытка создания геномного атласа рака. В 18 научных статьях (четыре из них опубликованы в Nature) представлены первые результаты проекта Pan-Cancer Initiative, над которым работают специалисты Национального института рака и Национального института генома человека. Это результат анализа нескольких тысяч пациентов с двенадцатью типами раковых опухолей. Глобальная цель состоит в том, чтобы найти биомаркеры для тонкой классификации опухоли и мишени для действия новых лекарств.
Есть прогресс и в области хирургического лечения рака.
Создан «умный» нож, автоматически определяющий края раковой опухоли , ориентируясь на показания встроенного масс-спектрометра, который анализирует состав пара при нагревании. С его помощью хирург может точно вырезать всю опухоль, не оставив раковых клеток и в то же время не затрагивая здоровую ткань.
От ВИЧ спасет кольцо или трансплантация
В области борьбы со СПИДом достигнуты успехи как в лечении, так и в профилактике болезни. Так, зарегистрирован случай, когда два пациента полностью избавились от ВИЧ в крови после пересадки костного мозга, которую им сделали по показаниям – они были больны лейкемией. Избавление от ВИЧ — побочный, но очень удачный результат трансплантации. Пациенты были ВИЧ-позитивны в течение примерно 30 лет, на этом фоне у них развилась лимфома Ходжкина, а после трансплантации костного мозга в течение четырех, а у другого — в течение двух лет в крови не обнаруживается никакого вируса.
А для простой и эффективной профилактики ВИЧ медики предложили интравагинальное кольцо с противовирусным препаратом . Особый полимер, из которого изготовлено кольцо, позволяет создать концентрации действующего вещества, в тысячу раз превышающие те, которые удавалось достичь при других способах доставки препарата.
Кольцо эффективно защищает женщин, которые составляют 60% ВИЧ-инфицированных.
Запчасти для человека
Шагнули вперед исследования в области регенеративной медицины, способной восстанавливать поврежденный орган при помощи клеток самого организма.
В этом году было создано несколько биоинженерных органов с использованием человеческих клеток.
Правда, большинство из них заработало пока не в теле человека, а в теле лабораторных мышей или крыс. Для создания этих биоинженерных органов ученые берут каркас органа мыши или крысы, удаляют из него собственные клетки и засевают стволовыми клетками человека.
Это биоинженерная почка из каркаса почки крысы, который заселили клетками почечного эпителия человека; испытание на крысе прошло успешно: почка фильтрует кровь и производит мочу. Это печень из стволовых клеток человека, которая растет в организме мыши и выполняет свои функции. Это еще одна печень, выращенная из клеток жировой ткани — отходов липосакции. Это легкие, полученные из фибробластов кожи человека, правда пока не испытанные на животных. Это биоинженерное сердце из человеческих клеток на мышином каркасе, которое бьется, хотя пока не в полную силу.
Также человеческие стволовые клетки послужили ученым для создания кровеносных сосудов, работающей мышцы. Наконец, биоинженеры вырастили человеческое ухо – ушную раковину, в натуральную величину, под кожей у крысы, а для каркаса, который они засевали человеческими клетками, использовали хрящевую ткань коровы и овцы.
Даже мозг, точнее его прототип, удалось вырастить в лаборатории, в чашке Петри из стволовых клеток. При этом клетки сами организовались в подобие мозга.
В области технологии стволовых клеток надо отметить очередное достижение нашего соотечественника Шухрата Миталипова, которому путем перенесения ядер соматических клеток в яйцеклетки удалось получить в своей американской лаборатории эмбриональные стволовые клетки человека.
Это бесценный ресурс для клеточной медицины, который теперь можно конструировать самим, а не добывать иными способами. Достижение Миталипова также было отмечено журналом Science в числе научных прорывов года.
Эти технологии отрабатываются пока в лаборатории, но регенеративная медицина уже шагнула и в клинику, где она успешно спасает жизни.
Так, продолжаются операции по восстановлению трахеи, которые проводит Паоло Маккиарини, и в этом году биоинженерная трахея впервые спасла жизнь ребенку. Эта трахея сделана на каркасе из специального материала, который по мере роста девочки позволит ей удлиняться. А собственные стволовые клетки позволят избежать отторжения. В нашей стране такие операции проводятся в Краснодаре, где создан Центр регенеративной медицины и продолжается работа по мегагранту под руководством Маккиарини.
Самое фантастическое направление регенеративной медицины — это печать при помощи 3D-биопринтера. Хотя ученые еще очень далеки от печатания целых жизнеспособных органов, но шаги в этом направлении они делают.
В том числе сделан и важный практический шаг — ребенку распечатали бронх, точнее, кусочек бронха — трубочку, сделанную по индивидуальным меркам, которую использовали при операции.
В России в этом году появилась первая лаборатория по разработке методов трехмерной органной биопечати.
Перспективная цель Владимира Миронова, Сергея Новоселова и их коллег — человеческая почка, промежуточная — функциональная модель нефрона — почечного элемента.
Еще один практический успех технологии стволовых клеток — врачи из Германии вывели ребенка из вегетативного состоянияс помощью клеток пуповинной крови. После трансплантации клеток пуповинной крови состояние ребенка стало быстро улучшаться, он начал ходить и говорить. Ученые объясняют успех способностью клеток мигрировать в головной мозг, где они замещают поврежденные нейроны.
Лечение генами
Большие надежды специалисты связывают и с генной терапией, которая позволяет устранять дефект в работе какого-то органа введением искусственной генной конструкции.
В большинстве случаев генотерапию пока что отрабатывают на животных. Так, в этом году ученым удалось вылечить тяжелое заболевание сетчатки — амавроза Лебера — у крыс и обезьян. Для доставки терапевтической генной конструкции использовали аденовирус. В другом исследовании при помощи гена зрение вернули собакам.
У собак же путем генотерапии вылечили другое заболевание – гемофилию В. В этом случае при помощи генной конструкции в организм доставили ген фактора свертываемости крови, нехватка которого приводила к болезни.
Российские исследователи из Института стволовых клеток человека создали ген-активированный трансплантат для восстановления костей. При испытаниях на кроликах они показали, что введение генной конструкции ускоряет и улучшает заживление костных дефектов.
В этом же году появилось новое направление, которое можно назвать хромосомной терапией. Ученым удалось, правда пока «в пробирке», нейтрализовать деятельность лишней 23-й хромосомы, которая приводит к синдрому Дауна. Есть надежда, что когда-нибудь эти знания медики смогут применить и для лечения детей с синдромом Дауна.
Гаджеты на службе медицины
Специалисты привлекают все больше электронных устройств для нужд здравоохранения. Чаще всего это обычные смартфоны, к которым создаются медицинские приложения.
Так, уже используется смартфон для диагностики катаракты, глаукомы и других болезней зрения у жителей отдаленных районов Африки, которые не имеют возможности регулярно посещать офтальмолога.
Такое устройство создали британские специалисты. Камера смартфона, снабженного необходимым программным обеспечением и дополнительной приставкой, может просканировать хрусталик глаза, чтобы выявить признаки катаракты, а с помощью световой вспышки она может проверить состояние сетчатки. Программа устройства, интегрированная с приложением Google Maps, позволяет, связываясь через интернет с удаленным компьютером, наблюдать пациентов и назначать лечение.
А российские специалисты из Омска создали беспроводной кардиомонитор на основе облачных технологий.
Портативное устройство осуществляет постоянный мониторинг работы сердца и при любых нарушениях сердечного ритма передает информацию на планшет или смартфон кардиолога. Такой мониторинг позволит не констатировать уже случившийся инфаркт, а с высокой степенью вероятности видеть его приближение. Облачный мониторинг, в отличие от холтеровского мониторинга, передает результаты сердечной деятельности практически мгновенно, а в случае сбоев в работе сердца так же мгновенно вызывает скорую помощь.
ЭКО становится доступнее
Благодаря разработке дешевого метода ЭКО достижениями репродуктивной технологии смогут воспользоваться женщины из бедных развивающихся стран. Технология, созданная бельгийскими исследователями, снижает стоимость ЭКО до $257, причем она не менее эффективна, чем стандартная, стоимость которой (одного цикла оплодотворения) составляет $12 400. Ее создатели отказались от дорогого инкубатора, в котором развивается эмбрион после оплодотворения. Система состоит всего из двух стеклянных трубок, соединенных иглами и трубочками. Первая трубка работает как генератор СО2, который образуется при химической реакции между лимонной кислотой и содой. Он поступает во вторую трубку – с культуральной средой.
В эту трубку вводят яйцеклетки и сперматозоиды. В ней происходит оплодотворение, и в ней же развивается эмбрион.
Специалисты протестировали систему для ЭКО низкой стоимости и утверждают, что по эффективности оплодотворения и выживаемости эмбрионов она не отличается от стандартной методики.