Автор: Эти научные достижения похожи на идеи писателей-фантастов. Но они спасают жизни уже сейчас.
Lena Avdeeva
1. Искусственный интеллект
Нейронные сети делают работу специалистов легче и точнее. Например, ИИ умеетArtificial Intelligence in Medicine / Data Revenue диагностировать болезни: для этого программа анализирует результаты скринингов, а затем ищет закономерности. Причём всё происходит значительно быстрее, чем если бы это делал человек.
Также искусственный интеллект способенE. L. Romm, I. F. Tsigelny. Artificial Intelligence in Drug Treatment / Annual Review of Pharmacology and Toxicology автоматизировать процесс подбора лечения, основываясь на истории болезни, а ещё существенно ускоритьAI in Pharmaceutical Industry and Drug Development / Tec4med процесс создания препаратов и вакцин. Для их разработки и запуска в производство обычно требуется несколько лет, а ИИ может сократить сроки до одного года. Обученная сеть способна и просчитать удачные комбинации, и найти вероятный процент успеха при их применении. То есть избавить исследователей от необходимости тратить время на менее перспективные варианты.
И уже существуют испытанные примеры. Придуманный искусственным интеллектом препарат для борьбы с обсессивно‑компульсивным расстройством был протестированT. Burki. A new paradigm for drug development / The Lancet на людях в 2020 году.
2. Биопринтинг
Пересадка органов ежегодно помогаетEstimated number of organ transplantations worldwide in 2020 / Statista спасти более сотни тысяч людей по всему миру. Но пригодных для трансплантации донорских печени, сердца или почек на всех не хватает, поэтому на подобные операции выстраиваются огромные очереди.
Вероятно, решить эту проблему сможет биопринтинг — 3D‑печать органов или тканей. Учёные по всему миру экспериментируют с этой технологией и уже научились создавать таким образом кожуFrench Start‑up Develops Unique Technology for 4D Laser Bioprinting of Living Tissue / 3D Medical Conference, ткани печени3D Bioprinting / Organovo и сердцеResearchers 3D print a heart with human tissue and blood vessels / 3D Natives.
Работает биопринтинг так:
- Учёные собираютPrinting the future: 3D bioprinters and their uses / Australian Academy of Science «чернила» для печати, то есть живые и здоровые клетки. Для этого либо берут нужный образец непосредственно у человека, либо используют взрослые стволовые клетки.
- Создают в компьютере модель желаемого органа или ткани, часто на основе результатов сканирования или МРТ.
- В принтер загружают «краску» и другой органический или синтетический материал, например коллаген, который будет играть роль основы.
- Дальше дело за технологиями. Головки принтера постепенно размещают биоматериал в нужные места. Процесс небыстрый — занимает часы.
Пока такие органы людям не пересаживают — их используют лишь для клинических испытаний. А вот напечатанные подобным образом кости, в том числе кости черепа75% of a human skull replaced with 3D‑printed material / Extreme Tech, людям уже трансплантировали. На этом возможности применения 3D‑принтера в медицине не ограничиваются. Так, на нём уже умеют печатать лекарства: первые образцы запустили в продажу в США ещё в 2016 году.
3. Бионические протезы
Искусственные заменители ампутированных конечностей используются людьми уже тысячи лет: деревянные пальцы находили3,000‑Year‑Old Wooden Toe Prosthetic Discovered on Egyptian Mummy / Live Science даже у мумий. Долгое время протезы либо выполняли лишь косметические функции, либо оснащалисьProtézy v minulosti: pacienti kvôli nim trpeli / Magazin сменными функциональными насадками, например в виде вилки или крюка. Такая альтернатива хоть и была полезна, но всё же не могла существенно улучшить качество жизни пациента.
Учёные долго искалиR. Wirta, D. R. Taylor, F. Finley. Pattern‑recognition arm prosthesis: a historical perspective‑a final report / Bulletin of prosthetics research решение, которое могло бы превратить протез в полноценную часть тела, управляемую силой мысли. Первые успешные эксперименты прошли уже во второй половине XX века, однако массовое производство подобных конечностей удалосьBeyond human: 8 organisations making bionic breakthroughs / Wareable наладить только в XXI веке. Спасибо развитию бионических технологий.
Секрет работы роботизированных «рук» или «ног» — в миодатчиках: они цепляются к мышечной ткани, реагируют на сигналы мозга и передают их протезу. Достаточно подумать о нужном действии, и новая конечность выполнит его. В итоге человеку не нужно долго адаптироваться, серьёзно менять привычки, отказываться от хобби и спорта.
Бионические технологии позволяют создать и другие виды протезов, например частично видящий глазArtificial vision: what people with bionic eyes see / The Conversation и экзоскелетEkso bionics.
Некоторые современные протезы рук позволяют даже чувствовать! Например, Modular Prosthetic Limb, который разработалиModular Prosthetic Limb / Johns Hopkins Applied Physics Laboratory в Университете Джонса Хопкинса. Внутри него более 100 сенсоров, реагирующих на температуру, текстуру и расположение предмета.
4. Генная терапия in vivo
Возможность лечения наследственных заболеваний, вызванных нарушением работы определённого гена, например муковисцидоза или спинальной мышечной атрофии, началаT. Friedmann, R. Roblin. Gene Therapy for Human Genetic Disease?: Proposals for genetic manipulation in humans raise difficult scientific and ethical problems / Science обсуждаться в 1970‑х годах. С тех пор появилосьГенная терапия — это когда лечат гены? / Genotek несколько технологий, позволяющих «исправить» состояние пациента: введение нового гена, отключение старого или замещение его на здоровую копию.
Последнее долгое время проводилось только ex vivo: нужный материал брали из тела, лечили в лаборатории, а затем уже здоровым вживляли обратно в организм. Однако некоторые из генных заболеваний так вылечить не получится: далеко не каждую клетку можно успешно культивировать вне организма. Поэтому учёные искали другой путь. И нашли его в генной терапии in vivo: в этом случае пациенту вводят препарат, а исправление гена происходитГенная терапия: познакомьтесь с лекарствами будущего / Биомолекула уже непосредственно внутри тела.
Первое подобное средство зарегистрировали в Европе в 2012 году. Оно называлось Glybera и должно было помочь людям с недостаточностью гена LPL, вызывающей накопление триглицеридов и тяжёлую форму панкреатита. Однако препарат сняли с производства и уже в 2017 году отозвалиGlybera / European Medicines Agency его регистрацию: потребность в нём была небольшая, и существовали более простые и бюджетные варианты лечения.
С тех пор появилось ещё несколько лекарств, уже более успешных. Например, Luxturna лечит амавроз Лебера, редкую форму наследственной слепоты, а Zolgensma — некоторые типы спинальной мышечной атрофии.
5. Робот‑хирург
Роботы‑помощники нужны не только для облегчения работы хирурга, но и для получения успешного результата в особо точных операциях, например на мозге. Экспериментировать с подобными технологиями начали в 1980‑х годах. Тогда было создано сразу несколько машин. Среди них:
- Arthrobot. Он позиционировалWorld’s first surgical robot / The Medical Post и фиксировал ногу пациента во время операции — позволил отказаться от привлечения к этой работе ассистентов.
- PUMA‑560. ИспользовалсяPUMA 560 / Britannica для проведения первой роботизированной биопсии. Нужное место введения иглы машина определяла исходя из данных томографии.
- PROBOT. ПомогалProbot / Imperial College London проводить точные операции на простате.
- ROBODOC. УпростилRobodoc’ performs first successful surgery on human / UPI эндопротезирование суставов, за счёт вырезания точного участка тазобедренной кости.
Все они, правда, применялись в частном порядке и скорее экспериментально. Первым же роботом, которого начали массово привлекать на помощь хирургам, стал «da Vinci» (одобрение FDA, Минздрава США, получилda Vinci Surgical System / Drugwatch в 2000 году). Он позволяет проводить сложные операции малоинвазивным способом, то есть с наименьшим вредом для пациента. Может использоваться в кардио- и нейрохирургии, в урологии, гинекологии и других областях.
У «da Vinci» четыре «руки», но операцию он выполняет не сам: им с помощью консоли управляет хирург. Кстати, не обязательно из соседней палаты: контролировать робота можно, находясьThe surgeon who operates from 400km away / BBC даже за сотни километров от него. Используют «da Vinci» во многих странах мира. Например, в России он помог провести более 24,5 тысяч операций.
6. Виртуальная карта и иммунная терапия раковой опухоли
Каждый год в мире фиксируютCancer Today / World Heath Organization миллионы новых случаев диагностирования разных видов рака. И учёные постоянно работают над изучением онкологических болезней: пытаются разобраться в особенностях поведения клеток и найти альтернативные действенные способы лечения.
За последние годы в этом направлении появилось несколько интересных открытий. Так, исследователи Кембриджского университета с помощью VR‑технологий создали интерактивную карту раковой опухоли. Она позволяет3D model uses VR to virtually examine cancer cells / Spring Wise «прогуляться» по разным её частям, прямо как в онлайн‑картах городов, и детально рассмотреть каждое скопление клеток. Для создания карты учёные взяли биопсию опухоли у пациента, поделили образец на тонкие кусочки, провели ряд анализов для сбора информации о генетическом материале и загрузили данные в систему. Программу можно обновлять за счёт загрузки новой информации: фиксировать и наблюдать, как именно прогрессирует опухоль и как взаимодействуют её клетки.
Другое важное открытие связано уже с лечением рака. Его сделали американский и японский иммунологи Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё. Независимо друг от друга они обнаружилиНобелевская премия по физиологии и медицине — 2018 / Элементы в организме человека механизмы, подавляющие работу Т‑лимфоцитов. Если эти механизмы отключить, иммунная система начинает самостоятельно бороться с раковыми клетками. За свои труды учёные получили Нобелевскую премию в 2018 году. Благодаря их открытию были созданы препараты, разблокирующие иммунную систему, в частности ипилимумаб и ниволумаб. Клинические испытания показываютJ. Larkin, V. Chiarion‑Sileni, R. Gonzalez, J. Grob, P. Rutkowski, C. D. Lao, D. Schadendorf, J. Wagstaff, R. Dummer, P. F. Ferrucci, M. Smylie. Five‑Year Survival with Combined Nivolumab and Ipilimumab in Advanced Melanoma / The New England Journal of Medicine, что они действительно способны улучшить результаты лечения, например, меланомы (рака кожи).
Иммунотерапия — ещё новый подход к лечению рака, кроме того, она подходит не для всех его разновидностей. Поэтому отказа от других методов в ближайшее время не будет. Одним из основных способов борьбы с этой болезнью остаётся использование радиофармпрепаратов. У них много разновидностей, и для каждой локализации болезни используют свою. Например, для лечения рака предстательной железы необходим радий‑223. Единственный существующий препарат с ним производят за границей, но до конца года его аналог планируют выпустить и в России. Сейчас над этим работают учёные из Томского политехнического университета. Добывать радий‑223 они будут за счёт облучения солей радия‑226.
Обложка: Max4e Photo / Shutterstock
