Автор: Методы диагностики и лечения, которые могут изменить будущее здравоохранения.
Lena Avdeeva
1. Нейроимпланты
Это импланты с электродами, которые устанавливаются в головной или спинной мозг и стимулируют работу нервной системы — помогают считывать и передавать сигналы. Создавать такие началиD. O. Adewole, M. D. Serruya, J. P. Harris, J. C. Burrell, D. Petrov, H. I. Chen, J. A. Wolf, D. K. Cullena. The Evolution of Neuroprosthetic Interfaces / Critical Reviews in Biomedical Engineering ещё в XX веке. Например, они способны частично восстановитьM. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, D. R. Chebat. Brain‑Machine Interfaces to Assist the Blind. / Frontiers in Human Neuroscience зрение у слепых от рождения людей или вернутьD. A. Moses, S. L. Metzger, J. R. Liu, G. K. Anumanchipalli, J. G. Makin, P. F. Sun, J. Chartier, M. E. Dougherty, P. M. Liu, G. M. Abrams, A. Tu‑Chan, K. Ganguly. Neuroprosthesis for Decoding Speech in a Paralyzed Person with Anarthria / The New England Journal of Medicine способность говорить, остановить тремор у пациентов с болезнью Паркинсона или заставитьParalysed man moves all four limbs using groundbreaking exoskeleton that reads his mind / Independent двигаться парализованные конечности. Часто кроме самих нейроимплантов требуются другие вспомогательные устройства — допустим, бионические имплантыКонтуры будущего: как современные технологии возвращают зрение абсолютно слепым / ТАСС для глаз или экзоскелет для тела.
В перспективе эта технология может применяться для лечения ментальных расстройств, в частности депрессииK. W. Scangos, A. N. Khambhati, P. M. Daly, G. S. Makhoul, L. P. Sugrue, H. Zamanian, T. X. Liu, V. R. Rao, K. K. Sellers, H. E. Dawes, P. A. Starr, A. D. Krystal, E. F. Chang. Closed‑loop neuromodulation in an individual with treatment‑resistant depression / Nature Medicine, и избавить людей с хронической нейропатической больюI. Lavrov, T. Latypov, E. Mukhametova, B. Lundstrom, P. Sandroni, K. Lee, B. Klassen, M. Stead. Pre‑motor versus motor cerebral cortex neuromodulation for chronic neuropathic pain / Scientific Reports от необходимости постоянно купировать её препаратами. Ещё одно вероятное направление развития, о котором говорят учёные, — улучшение функций и без того работающих органов. К примеру, управлениеBrain Implants Get Real / Communications of the ACM электронными устройствами силой мысли.
2. Редактирование генома
Перемещение, удаление или замена участка ДНК прямо внутри человека — метод, который способенWhat is genome editing? / National Human Genome Research Institute помочь лечить диабет II типа, муковисцидоз и другие наследственные болезни. Для редактирования генома применяютсяGene Editing / Britannica нуклеазы — ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты. Они работают как ножницы: делают «надрезы» в нужном месте, а как действовать дальше — решают уже учёные.
Есть несколько таких «инструментов». Самый современный и перспективный — CRISPR, палиндромные кластерные повторы в ДНК бактерий. Их существование обнаружилиA Brief History of CRISPR‑Cas9 Genome‑Editing Tools / Bite Size Bio в конце XX века, но потенциал заметили только 10 лет назад. Тогда Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудне нашлиPress release: The Nobel Prize in Chemistry 2020 / The Nobel Prize CRISPR/Cas9 — соединение CRISPR с белком Cas9, которое можно использовать прицельно на конкретном участке ДНК и для работы с разными организмами. В 2020 году учёные получили за это открытие Нобелевскую премию по химии.
Применять редактирование генома для лечения людей повсеместно ещё не начали, но единичные случаи есть. Например, в 2015 году с помощью другого «инструмента», TALEN, в Великобритании помоглиBaby girl is first in the world to be treated with ‘designer immune cells’ / The Guardian девочке с лейкемией. Сейчас метод продолжает изучаться, в его будущее верит и ВОЗ: в 2021 году организация выпустилаВОЗ выпускает новые рекомендации по редактированию генома человека в целях улучшения показателей здоровья населения / Всемирная организация здравоохранения два доклада, подтверждающих перспективность этой технологии и возможность превращения её в общедоступный метод лечения.
3. Реалистичная 3D‑кожа
3D‑печать в медицине применяется для создания протезовScientists Create Fully‑Automated 3D Printed Prosthetic Production Line / 3d Printing Industry, имплантов костей100,000 Patients Later, the 3D‑Printed Hip Is a Decade Old and Going Strong / Orthopedic Design & Technology и даже лекарств. Над разработкой полноценных органов учёные тоже работают: получать3D‑printed organs and their affordability / Medical Device Network их точные копии они уже умеют, теперь стоит задача сделать их пригодными для имплантации.
Один из таких органов — кожа. Напечатанная копия предположительно поможетHow Close Are We to 3D Printed Skin? / 3DSOURCED людям после ожогов или врачам в косметической хирургии. Но чтобы это стало реальностью, учёным необходимо научиться создавать рабочую сосудистую систему. Без неё 3D‑кожа — просто альтернатива пластырю, хоть и менее заметная. Но некоторые эксперименты всё же увенчались успехом. Учёные Политехнического института Ренсселера и Йельского университета создалиScientists 3‑D Print Skin That Develops Working Blood Vessels / Smithsonian Magazine функционирующую кожу и пересадили её мышам: копия соединилась с сосудистой системой животного и работала в течение месяца. Но об использовании технологии для лечения людей говорить пока рано.
Альтернативный способ заживлять раны и порезы без рубцов придумали и российские учёные НИУ МИЭТ и Сеченовского университета. Они предлагают вместо традиционных методов — иглы и нитки — использовать комбинацию из лазера с системой обратной температурной связи и специального припоя. Применять такую технологию можно будет и для наружных, и для внутренних ран.
Работает это так. На открытый участок наносится биоорганический состав из альбумина, транспортного белка крови, оптического поглотителя индоцианина зелёного и одностенных углеродных нанотрубок. Затем лазер с точно выставленной интенсивностью излучения спаивает рану. Компоненты припоя в этот момент твердеют и прочно скрепляют края разреза. Они же способствуют восстановлению соединительных тканей, а после заживления выводятся из организма естественным путём. Сейчас учёные занимаются экспериментальным тестированием метода: уже попробовали «сшить» лазером слизистую, кровеносные сосуды и суставные хрящи.
4. Вакцина от холестерина
Повышенный уровень холестерина ежегодно приводитCholesterol / World Heart Federation к миллионам смертей. Не сам по себе, а за счёт пагубного влияния на сердечно‑сосудистую систему. Снизить его помогают диеты и здоровый образ жизни, но не всегда. У некоторых людей он остаётсяHigh cholesterol / Mayo Clinic высоким, несмотря на все ограничения. В этом случае нужно постоянно принимать специальные препараты.
Быстрым решением этой проблемы может стать вакцина AT04A. Она содержитAFFiRiS: Positive phase 1 results with immunotherapies targeting PCSK9 to treat hypercholesterolemia published by the European Journal of Clinical Pharmacology / Globe Newswire молекулы, сцепляющиеся с холестерином в крови и разрушающие его. Исследования показывают, что вакцина способна снизить его уровень на 39%. Для достижения результатов ставить её нужно будет всего раз в год.
5. Сенолитики
Это препараты на основе веществ, способствующих гибели или уменьшению сенесцентных, то есть состарившихся клеток. При этом здоровые клетки они не трогают. Использование сенолитиков способно остановить воспаление и повреждение тканей, поможетSenolytics to Tackle Age‑Related Pathologies / Genetic Engineering & Biotechnology News бороться с возрастными заболеваниями, например болезнью Альцгеймера и хронической диабетической болезнью почек, и продлить молодость клеток и органов.
Результаты первых исследований подобных препаратов на людях опубликовали в 2020 году: они показалиG. M. Ellison‑Hughes. First evidence that senolytics are effective at decreasing senescent cells in humans / The Lancet положительный результат у пациентов с лёгочным фиброзом и сахарным диабетом. Но говорить об их массовом применении пока рано. Кроме того, есть исследованияP. I. Deryabin, A. N. Shatrova, A. V. Borodkina. Apoptosis resistance of senescent cells is an intrinsic barrier for senolysis induced by cardiac glycosides / Cellular and Molecular Life Sciences, которые показывают, что сенолитики, по крайней мере сейчас, справляются не со всеми видами старых клеток.
6. Голосовой скрининг
То есть определениеVocal Biomarkers: New Opportunities In Prevention / The Medical Futurist болезней по особенностям речи, звучанию голоса и подбору слов. Учёные считают, что это вполне работающий маркер для диагностики, например, ментальных расстройств, болезни Паркинсона и ишемической болезни сердца.
Разработкой программ для таких анализов занимается, в частности, компания Vocalis Health. Их программа для определения у пациента COVID‑19 уже прошла успешное тестирование и получилаVocalis Health receives CE mark for Covid‑19 screening tool / Medical Device Network маркировку CE (Европейский сертификат соответствия). Сейчас вместе с Mayo Clinic они работаютMayo Clinic Collaborates with Vocalis Health for Clinical Development of Vocal Biomarkers / Cision PR Newswire над программой для определения лёгочной гипертензии. Ещё две компании, Sonde HealthSonde Health Launches Vocal Biomarker Technology to Monitor Mental Health and Well‑Being / Business Wire и KintsugiHow Kintsugi uses AI to assess speech and diagnose anxiety / Healthcare, создают голосовые скрининги для диагностирования депрессии и тревожности.
7. Медицинские татуировки
Такие можно использовать для определения сахара в кровиA. J. Bandodkar, W. Jia, C. Yardımcı, X. Wang, J. Ramirez, J. Wang. Tattoo‑Based Noninvasive Glucose Monitoring: A Proof‑of‑Concept Study / Analytical Chemistry, контроля за состоянием организма во время тренировокW. Jia, A. J. Bandodkar, G. Valdés‑Ramírez, J. R. Windmiller, Z. Yang, J, Ramírez, G. Chan, J. Wang. Electrochemical Tattoo Biosensors for Real‑Time Noninvasive Lactate Monitoring in Human Perspiration / Analytical Chemistry, измерения ЭКГSh. K. Ameri, R. Ho, H. Jang, L. Tao, Y. Wang, L. Wang, D. M. Schnyer, D. Akinwande, N. Lu. Graphene Electronic Tattoo Sensors / ACS Nano, артериального давленияN. Luo, W. Dai, C. Li, Z. Zhou, L. Lu, C. C. Y. Poon, S. Chen, Y. Zhang, N. Zhao. Flexible Piezoresistive Sensor Patch Enabling Ultralow Power Cuffless Blood Pressure Measurement / Advanced Functional Materials и не только. Они не похожи на классические татуировки: создаются без участия чернил и напоминают скорее пластырь или переводные тату из детства. Такой девайс печатается на резиновой подложке, в которую внедрена система электронных датчиков. Они маленькие и гибкие, а потому доставляют меньше дискомфорта, чем другие приборы для контроля за медицинскими показателями.
В перспективе подобные татуировки могут заменить умные часы и фитнес‑браслеты. За счёт постоянного плотного контакта с кожей результат измерений будет точнее: его можно будет показать специалисту для анализа и диагностики. А заряжать их при этом не придётся.
Обложка: murat photographer / Shutterstock
