Топ-5 технологий медицины будущего

Принесет ли свои плоды симбиоз инновационных технологий и медицины в самой ближайшей перспективе? Как технологии влияют на медицину сегодня и почему их развитие в данной области не нужно откладывать на потом?

Предлагаем взглянуть на 5 наиболее актуальных медицинских технологий, которые уже облегчают жизнь врачам и пациентам.

Биоматериалы используют для трехмерной печати уже довольно успешно. Технология 3D-биопринтинга для изготовления биологических конструкций, как правило, включает в себя размещение клеток на биосовместимой основе, с использованием послойного метода генерации трехмерных структур биологических тканей. 

Поскольку ткани в организме состоят из различных типов клеток, технологии их изготовления путем 3D-биопринтинга также существенно различаются по их способности обеспечить стабильность и жизнеспособность клеток. Некоторые из методов, которые используются в 3D-биопринтинге, — фотолитография, магнитный биопринтинг, стереолитография, и прямая экструзия клеток. Клеточный материал, изготовленный на биопринтере, переносится в инкубатор, где он проходит дальнейшее выращивание.

3D-биопечать можно использовать в регенеративной медицине для трансплантации необходимых тканей и органов. По сравнению с 3D-печатью из неорганических материалов, в биопечати существуют усложняющие процесс факторы, такие как выбор материалов, типов клеток, факторы их роста и дифференцировки, а также технические сложности, связанные с сенситивностью клеток и формированием тканей. 

Для решения этих проблем необходимо взаимодействие технологий из сферы инженерии, науки о биоматериалах, клеточной биологии, физики и медицины. Метод 3D-биопечати уже используется для выращивания и трансплантации некоторых тканей, в числе которых многослойный эпителий, кость, сосудистые трансплантаты, трахеальные шины, ткани сердца и хрящевые структуры. Другие области применения трехмерной биопечати включают моделирование тканей с высокими фармакодинамическими показателями в исследовательских целях, а также для разработки новых лекарств и токсикологического анализа.

Быстрое развитие технологии генного редактирования CRISPR обязано возможности лечить генетические патологии. К сожалению, несмотря на огромное количество исследовательских работ в этой области, для многих пациентов такое лечение остается недоступным: безопасность метода оставляет желать лучшего, изменение в генетическом материале часто влечет за собой нежелательные последствия.

CRISPR — это новая технология редактирования геномов высших организмов, базирующаяся на иммунной системе бактерий. В основе этой системы — особые участки бактериальной ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы, или CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Между идентичными повторами располагаются отличающиеся друг от друга фрагменты ДНК — спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на данной бактерии. При попадании вируса в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью специализированных Cas-белков (CRISPR-associated sequence — последовательность, ассоциированная с CRISPR), связанных с CRISPR РНК. 

Если фрагмент вируса "записан" в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от инфекции. В начале 2013 г. несколько групп ученых показали, что системы CRISPR/Cas могут работать не только в клетках бактерий, но и в клетках высших организмов, а значит, CRISPR/Cas-системы дают возможность исправлять неправильные последовательности генов и таким образом лечить наследственные заболевания человека.

На Западе этот тренд наметился еще в 2015-2016 гг., когда крупнейшие фармакологические компании стали использовать услуги ЦОДов для сбора и обработки данных, а также применения различных периферических устройств для получения значимой информации о потенциальных потребителях лекарственных средств.

Эксперты Global Data ожидают, что объемы рынков программного обеспечения и услуг IoT в фармацевтической промышленности вырастут до $2,4 млрд к 2020 г. Тенденция роста предполагает активное развитие big data и вложений в соответствующую инфраструктуру. 

Наиболее ярким примером использования IoT на Западе является опыт компании Amazon и использование в медицинских и фармакологических целях платформы AWS. Облачный массив помогает упростить внедрение технологических инноваций в фармакологической индустрии, упрощает применение и интеграцию для нужд разработок фармы высокопроизводительных вычислений и машинного обучения. В планах компании новый сервис, который упростит работу с системами учета клинических данных, назначение препаратов, а также выбор препаратов по оптимальной стоимости.

Предполагается, что новый сервис Amazon будет подсказывать, как лучше лечить пациентов и экономить на лекарствах. В планах компании включить в сервис распознавание медицинских записей и возможность давать голосовые рекомендации. В компании даже заявили, что "медицинский" почерк не станет проблемой при распознавании.

Здравоохранение — это одна из наиболее важных и имеющих практическое применение отраслей для технологий дополненной и виртуальной реальности. В современных лапароскопических операциях изображение на эндоскопе дополняется изображением, полученным во время интраоперативной ангиографии. Это позволяет хирургу точно знать, где находится опухоль внутри органа и, таким образом, минимизировать потери здоровой ткани органа пациента во время операции по удалению опухоли.

С помощью специализированного софта медики могут разрабатывать модели индивидуальных протезов на основе сканирования пациента. Создание тренажеров-симуляторов на базе технологий виртуальной реальности позволяют существенно улучшить качество обучения врачей, сократить затраты на него и снизить количество врачебных ошибок.

Кибернетические руки уже успешно продаются в Великобритании, Франции, а теперь будут и в США. 4 апреля 2019 г. компания Open Bionics объявила о своем сотрудничестве с сетью клиник Hanger, совместно с которой и наладила доставку протезов Hero Arm в Америку.

Роботизированные руки печатаются на 3D-принтерах и могут быть изготовлены за 40 часов. Внутрь встраиваются миоэлектрические датчики, позволяющие считывать сигналы из мышц и мозга, реагируя на них максимально быстро. Таким образом, люди с инвалидностью могут снова жить полноценной жизнью. По сведениям разработчиков Open Bionics, протезы Hero Arm невероятно точны и интуитивны. К тому же нравятся детям, ведь инженеры вдохновлялись фильмом "Железный человек" и игрой Deus Ex.

Бионические протезы ног, помимо двигательной функции, должны обеспечивать эффективную амортизацию. Компактные и эффективные двигатели, высокоемкостные аккумуляторы помогают сделать эти устройства мобильными и простыми в использовании. Подобные технологии влияют положительно на качество современных протезов, но вызывают их удорожание.

По данным американской аналитической компании Frost & Sullivan, цена современных усовершенствованных протезов варьируется от $5 тыс. до $50 тыс.

Большое влияние на доступность современных протезов оказала технология 3D-печати. Она позволяет быстро и легко создавать недорогие, но функциональные протезы, что снижает их конечную стоимость для потребителя и создает перспективы для развития отрасли.

С развитием технологий появился новый вид протезирования — аугментация, которая предполагает не просто замену утраченного органа, а еще и приобретение способностей, ранее не свойственных человеку.