Кінець 2018 року відзначився бурхливим скандалом у наукових медичних колах. Шквал емоцій, засуджень та етичних обговорень викликала заява китайського вченого Хе Цзянькуя з Південного науково-технологічного університету Китаю про народження перших генетично модифікованих немовлят. У процесі екстракорпорального запліднення (ЕКЗ) двом ембріонам, батьки яких ВІЛ-інфіковані, за допомогою технології редагування геному CRISPR / Cas9 назавжди змінили долю. Під час зухвалого експерименту вчений вимкнув ген CCR5, який кодує білок, що дозволяє вірусу імунодефіциту людини проникати в клітини організму.
Технологію CRISPR / Cas9 винайшли ще у 2013 році. Також провели низку успішних експериментів для редагування генів дорослих людей. Проте ніколи раніше не редагували геном ембріонів.
Одній з дівчаток-близнят відключили ген і в материнській, і в батьківській ДНК, другій - тільки в одній. Обидві дівчинки народилися здоровими. Теоретично перша отримала додатковий бонус - через повну блокаду гена її організм не буде сприйнятливий до ВІЛ протягом усього життя. Цю модифікацію вона передасть своїм дітям, з половиною хромосомного набору. Друга дівчинка отримала свободу від вірусу на момент народження, але ризик заразитися протягом життя зберігається.
Звучить дуже обнадійливо, за винятком того факту, що подібні експерименти в генній інженерії добре не вивчені, генна модифікація ембріонів все ще незаконна і неетична, а віддалені наслідки можуть бути найнесподіванішими.
Світлий бік технології відкриває масу можливостей - від залізного імунітету, позбавлення тварин і комах здатності переносити небезпечні для людини інфекції, до збереження видів, що зникають. Технологія може «вирізати» небажані фрагменти або «пришивати» нові функції, дозволяючи позбавляти людину раніше невиліковних генетично детермінованих захворювань, таких як хорея Гентінгтона або бічний аміотрофічний склероз.
Цей метод також дозволить врятувати мільйони життів, оскільки з його застосуванням ксенотрансплантологія стане цілком реальною, тобто органи тварин після застосування «генетичних ножиць» не будуть відштовхуватися імунною системою реципієнта. А отже тим, хто потребує пересадки органів, не доведеться чекати роками своєї черги, втрачаючи надію, а часто і життя.
Але що приховує темний бік нової технології? Всі внесені в ДНК зміни успадкують майбутні покоління. І поки невідомо, що з цього вийде і як зміниться життя на планеті, наприклад, без малярійного плазмодія. А ідея створення універсального солдата не залишає деякі голови ще із середини минулого століття, особливо в тих країнах, де плювати хотіли на міжнародне право і нічого не чули про етику.
Як би не відкрив китайський вчений чергову скриньку Пандори. Можливо, дуже скоро вулицями ходитимуть «дизайнерські» дітлахи і майже марвелівські герої із суперздатностями, а підпільні генні інженери зароблять величезні статки, поки етичні норми і законодавча база будуть наздоганяти технології. Хоча, звичайно, отримати зір як у орла, молодість років на 150, гарний метаболізм, щоб можна було їсти і не товстіти, а також несприйнятливість до всіх хвороб - дуже приваблива перспектива.
Меч Джедая
Геніальний винахід академіка Патона в галузі електрозварювання і різання м'яких тканин, якому, до речі, у кінці 2018 року минуло 100 років, так і не змогли повторити, але активно застосовують у всьому світі. Завдяки ножу Патона операції стали безкровними, а отже серйозно скоротилася кількість ускладнень у вигляді втрати крові, іноді критичної. Крім того, зварювання м'яких тканин значно скорочує післяопераційний період, а пацієнти швидше повертаються до активного життя.
На цей момент активно йдуть випробування ножа стосовно зшивання нервів з повним відновленням провідності і значним зменшенням больового синдрому. В онкології такі ножі дозволяють сікти злоякісні новоутворення з додатковою абляцією - запобіганням поширенню ракових клітин у здорові навколишні тканини і по організму в цілому.
Однак немає межі досконалості: Золтан Токато з Королівського коледжу в Лондоні об'єднав винахід українського генія з мас-спектрометром і назвав його iKnife. Дим біологічного зразка, що випаровується, аналізується прямо під час операції. Це означає, що він може визначити характер пухлини в режимі реального часу. Це дозволяє скоротити час операції, видалити всі ракові клітини, уникнути болісного очікування результатів гістологічного і цитологічного аналізу і негайно приступити до хіміотерапії або опромінення, якщо протоколи лікування того вимагають.
Доповнена і віртуальна реальність
Абревіатури VR і AR викликають у пересічних громадян асоціації з ігровою індустрією, з розвагами, хоча технології віртуальної і доповненої реальності спочатку розроблялися для військово-промислового комплексу, втім, як і все найцікавіше, передове і модне.
На щастя, потенціал AR і VR виявився набагато потужнішим - технології широко використовуються і в медицині. Доповнена реальність відрізняється від віртуальної тим, що вона зовсім не вигадана, а дуже навіть справжня. Іноді у справжню реальність привносять те, чого немає, наприклад, у випадку лікування фантомних болів у пацієнтів з ампутованими кінцівками і для навчання керуванню інтелектуальними протезами.
Дослідженнями в галузі застосування VR і AR в медицині займаються такі гіганти, як Google, Microsoft і Amazon, що вселяє надію на те, що багато трендів медичної науки ми побачимо і відчуємо в найближчому майбутньому, а деякі вже у 2019 році.
Поки Google тестує лінзи, здатні визначати рівень цукру в крові, щоб спростити і полегшити життя пацієнтів з цукровим діабетом, а також випробовує нанороботів, що виявляють «чужих» в організмі, Microsoft змінює принципи навчання майбутніх лікарів і самої хірургії. Тепер вивчати анатомію і хірургію студенти медінституту будуть за допомогою додатків, які будують точні 3D-проекції органів і систем, а німецькі студенти це вже роблять.
У найбільшій мережі лікарень Asklepios у Німеччині почали експериментувати з додатком доповненої реальності. З його допомогою хірурги можуть «бачити пацієнта наскрізь», тобто через анатомічні структури, не порушуючи їхньої цілісності. Отже вони будуть здатні точно визначити локалізацію новоутворення. Це дозволить до мінімуму звести можливість ускладнень, пошкодження судин, нервів і тканин, скоротити час операції і її вартість.
Перед операцією виконується комп'ютерна томографія, судини, що відображаються, ідентифікуються, будується 3D-модель. Під час операції додаток може автоматично накладати модель судин на печінку пацієнта і показувати підсумкове зображення хірургам на екранах планшетів. За допомогою такого додатка вже проведена успішна операція з видалення пухлини печінки.
Доповнена реальність успішно застосовується під час лікування ПТСР - посттравматичного стресового розладу, який розвивається у великої кількості людей, які пережили ситуації реальної загрози для життя (війни, стихійні лиха, техногенні катастрофи, напади). Пацієнти з таким синдромом бачать ситуацію, яка загрожує життю, уві сні, переживають флешбеки зі станом звуженої свідомості, коли мозок малює картини травмуючої події, змінюючи реальність потерпілого. Це не тільки значно псує якість життя, руйнує сім'ї, призводить до психопатизації особистості та інвалідизації, а й несе загрозу для життя самого потерпілого й оточення, коли ризик бути прийнятим за ворога стає дуже високим.
За допомогою окулярів віртуальної реальності пацієнта занурюють у травматичну ситуацію в процесі психотерапії. Звучить не дуже гуманно, але ефективність методу висока, робота із ситуацією і страхами в супроводі психотерапевта звільняє підсвідомість і припиняє напади і сновидіння. Пацієнти в підсумку повертаються до звичайного здорового життя. З огляду на той факт, що людство весь час веде війни, влаштовує технологічні катастрофи і своєю діяльністю провокує природні катаклізми, методика набуде широкого поширення вже у 2019 році.
Також технологія успішно застосовується в терапії фобій і больового синдрому. Наприклад, за допомогою програми SpiderWorld від HITlab люди вчаться долати панічний страх перед павуками, а SnowWorld дає можливість у прохолодній зимовій обстановці покидати сніжки в пінгвінів і мамонтів, що знижує біль у пацієнтів, які отримали опіки.
3D друк себе
Уже можна друкувати зубні імплантати, бездоганні і міцні, ребра і цілу грудну клітку, хребці, хрящі і м'язи, каркас для вирощування кісток і тканин, точні функціональні моделі для хірургів і навіть фармацевтичні препарати. І якщо друк на домашньому 3D-принтері індивідуальних ліків на основі персональної фармакогеноміки ще не дуже доступний, то решта - вже існує в експериментальному або цілком серійному вигляді.
За статистикою, кістки - частини в людському організмі, які найбільш часто ушкоджуються, а іноді і зовсім відсутні. На цей момент відновлення, трансплантація й остеосинтез - досить тривалі, болючі, що обмежує фізичні та функціональні можливості таких заходів.
Американська компанія EpiBone розробила технологію вирощування кісток зі стовбурових клітин самого пацієнта. Для цього проводиться комп'ютерна томографія пошкодженої ділянки, створюється індивідуальний тривимірний каркас з біополімеру і кісткового пилу. Шляхом ліпосакції у пацієнта беруть жирову тканину, з якої виділяють стовбурові клітини і саджають їх на каркас. «Конструкцію» поміщають у біореактор, що симулює умови людського організму. Через три тижні тканина накопичує кальцій, формується жива людська кістка, що має розміри і форму, щоб точно заповнити дефект.
Біоінженери з Інституту регенеративної медицини в Уейк-Форесті (США) пішли ще далі і розробили технологію тривимірного друку, яка дозволяє створювати повноцінні копії окремих кісток, м'язів і хрящів зі стовбурових клітин. До недавнього часу вдавалося друкувати тільки тонкі шари живої тканини до 200 мкм, оскільки не можна було забезпечити повноцінну трофіку тканин без кровоносних судин.
Новий полімер дозволяє вкладати клітини шарами, залишаючи невеликі просвіти між ними. Після друку органоїд імплантують в організм, де він поступово проростає кровоносними судинами і нервами, а полімер поступово розчиняється, поступаючись їм місцем. У підсумку на місці заготовки виникає повноцінний орган. Це неймовірно розширює можливості ортопедії, травматології та відновної хірургії. Хіба це не диво?
3D-принтери, до яких ми вже встигли звикнути, - це як дуже хороші чорно-білі принтери, вони можуть використовувати під час друку саме «чорнило», однак останні інновації в галузі принтерів, матеріалів і програмного забезпечення знаменують еру «кольорових» принтерів. Нові системи підходять для медичного моделювання завдяки своїй неперевершеній універсальності. Одна з моделей здатна одночасно використовувати шість матеріалів різних фізичних властивостей, ступеня прозорості і кольорів.
З його допомогою можна створювати моделі на підставі комп'ютерної томографії, які імітують властивості людських органів. Наприклад, можна з досконалою точністю надрукувати мозок з прозорого матеріалу, пухлину жовтого кольору, нерви, артерії та вени відповідних кольорів. Хірург отримує модель, на якій може відпрацювати доступи, протокол операції, прийняти вірне рішення, врахувати всі можливі ускладнення й уникнути їх під час реальної операції на мозку пацієнта. Тобто хірург отримує тренажер - точну копію того, з чим він зіткнеться під час операції.
У проведених дослідженнях із застосуванням гнучких 3D-моделей у дитячій кардіохірургії було відзначено, що маленькі пацієнти видужували набагато швидше і залишали відділення інтенсивної терапії на 40 годин раніше в порівнянні з пацієнтами, яким провели оперативне втручання без попередньої роботи хірургів з моделями серця. Чи можна це переоцінити? Ні, навіть якщо не брати до уваги емоційну складову. Радість і полегшення батьків, скорочення тривалості перебування дитини у відділенні інтенсивної терапії майже на дві доби, - це дуже відчутне скорочення витрат.
На такому принтері також можна надрукувати роботизовану руку для дитини. Вартість сучасного біонічного протеза становить десятки тисяч доларів, а кожні пару років дитина його переростає і потребує нового. 3D-друк значно здешевить виробництво і зробить такі протези більш доступними. Імовірно, ціна такого протеза скоротиться до тисячі доларів уже найближчим часом.
Штучний інтелект
Пристрої з AI (штучний інтелект) добре і нескінченно навчаються, здатні обробляти й аналізувати величезну кількість інформації, робити висновки і приймати рішення. Це дозволяє економити час, кошти, ефективніше обслуговувати пацієнтів, підвищити діагностичну точність і значно знизити ризик лікарських помилок. Ймовірно, AI не залишить шансу лікарям-трієчникам і відправить їх на смітник історії, куди їм і дорога.
Наприклад, медичний чат-бот Ada від однойменної британської компанії безпосередньо спілкується з пацієнтами: знаючи дані історії хвороби, клінічних та лабораторних досліджень, поточні показники і скарги, за лічені хвилини аналізує, зіставляє із сотнями тисяч наукових статей з цього захворювання, дає рекомендації і пропонує записати на прийом до відповідного фахівця або зв'язатися з ним віддалено. Ось така телемедицина.
Після такого «знайомства» первинний діагноз передається лікарю, що дозволить заощадити дорогоцінний час, своєчасно надати допомогу і врятувати життя. Так працюють системи Watson Health від IBM і DeepMind Health від Google, які вже використовуються в клініках Великобританії та США. Але не тільки гіганти займаються технологіями AI. Стартап із Сан-Франциско зібрав 8 млн венчурних інвестицій і створив Sense.ly, яка стежить за станом людей, які страждають на хронічні захворювання, нагадує про прийом ліків, необхідні дослідження і візити до лікарів.
У британській клініці UCLH з наступного року почнуть використовувати технології штучного інтелекту для сортування нових пацієнтів. На основі первинних аналізів і коментарів скарг громадян, які надходять в клініку, AI зробить висновки про ступінь тяжкості пацієнта і терміновість надання йому допомоги. Залежно від цього буде формуватися черга до лікаря. Хотілося б скоріше дістати таку в наші багатостраждальні поліклініки та лікарні. Також системи штучного інтелекту допомагають автоматизувати процеси в лікарнях, прискорити їх і зробити більш ефективними. Це стосується візуалізації й аналізу результатів функціональних досліджень - УЗД, КТ, МРТ. AI здатен впоратися із завданням в десятки разів швидше за людину.
Так працює, наприклад, система Zebra Medical Vision. Вона заснована на нейромережі, яка навчалася і продовжує навчатися на сотнях тисяч знімків хворих з проблемами легенів. А сервіс для кардіології від IBM Arterys вміє аналізувати дані, робити висновки і створювати візуалізацію серця.
Чужі свої
До недавнього часу екзоскелети, оснащені датчиками, механізмами, маніпулами, джерелами живлення і системами управління, які збільшують силу користувача, можна було побачити тільки на великих екранах і сторінках наукової фантастики. Наприклад, Caterpillar сержанта Ріплі в Чужому, костюм Залізної Людини або імплантований екзоскелет в Елізіумі.
Тепер це цілком медична реальність. Наприклад, ReWalk Robotics, виробник екзоскелетів з Массачусетса, проектує, розробляє і реалізує екзоскелети, які дозволяють людям, прикутим до інвалідного крісла, знову стояти і ходити. Останній продукт компанії ReWalk 6.0 використовує передові технології, що дозволяють людям з параплегією, травмами спинного мозку, що призводять до парезу або паралічу ніг, стояти, ходити і міняти положення тіла в просторі. Система об'єднує програмне забезпечення, технологію розпізнавання руху, фірмові бортові комп'ютери, екзоноги із сервоприводом і живленням від батареї для забезпечення руху в суглобах.
Виробники медичних екзоскелетів, кількість яких швидко зростає, на цей час вкладають величезні суми в розробку програмного і технічного забезпечення. Вага та розміри скорочуються, батареї стають більш ефективними, металеві каркаси поступаються місцем еластичним, легким і міцним матеріалам, включають штучні м'язи і навіть дозволяють відчувати дотики. Вони докорінно змінять життя людей з обмеженою руховою функцією, як і життя суспільства в цілому, повертаючи працездатність, підвищуючи якість життя і знижуючи фінансове навантаження.