Якщо XX століття письменники охрестили епохою космосу, атомної енергії та електроніки, то століття XXI починається як століття нано- та біотехнологій. Не останню роль відіграють і досягнення в медицині, якщо і не наближають нас впритул до омріяного фантастами безсмертя, то принаймні значно продовжують життя.

Ген

Вже зараз до окремих клітин людини можна додати ген, який у нього не працює. За допомогою нових технологій можна впровадити брак генів і зберегти людині життя.

При ішемії нижніх кінцівок судини забиваються склеротичними бляшками, кров припиняє надходити, і ноги доводиться ампутувати. У лабораторії було отримано ген, який сприяє зростанню кровоносних судин, вирішено непросте питання щодо доставки «лікувального» гена в організм шляхом вбудовування в генетичний апарат аденовірусів. Компанія Cambrian Genome винайшла технологію друку ДНК людини за допомогою використання лазерних принтерів. Більше того, тепер медики можуть вирізати “дефектні” частинки ДНК та наново “зшивати” їх так, щоб нова ДНК була абсолютно здоровою. Мільйони частин ДНК скануються комп’ютером, який відбирає ті ланцюги, які в кінцевому підсумку повинні скласти всю послідовність ДНК-ланцюжка. Після цього лазером вирізаються потрібні зв’язки і поміщаються в новий ланцюжок. У майбутньому вчені завдяки цьому винаходу зможуть створювати нові організми. Також нові ДНК будуть використовуватися у виробництві ліків.

Спроєктовані штучним інтелектом та зібрані вручну ксеноботи – живі машини з ембріональних клітин жаби – можуть спонтанно себе відтворювати. Уперше ксеноботів були представленні вченими з США у 2020 році. Для їх створення використали стовбурові клітини з ембріонів південноафриканської жаби Xenopus laevis.

Геном жаби залишився незмінним, але клітини перепрограмували. Після інкубації близько 3 тис клітин з’єднали вручну за допомогою крихітних пінцета й електрода. Створені таким чином ксеноботи могли рухатися, знаходити задані цілі та відновлюватися після пошкоджень.

У новій роботі вчені навчили ксеноботів створювати собі подібних. Це абсолютно новий спосіб розмноження: “дорослі” ксеноботи збирають клітини, і через кілька днів “малюки” перетворюються на повноцінних ксеноботів.

Надіслати на друк.

Технологія пошарового створення об’єкта цифрової 3D-моделі з’явилася ще в 1980-х, але зараз переживає справжній бум. Дизайнери, інженери, конструктори створюють за допомогою 3D-принтера прототипи винаходів, макети будівель та прикрас, чим зараз уже не здивуєш.

 Експрес-протезування з’явилося у відповідь на попит самих пацієнтів, які потребують доступних за ціною протезів та можливості внесення зміни до конструкції — наприклад, коли діти ростуть, їм потрібні нові протези кожні півроку.Головний на сьогоднішній день приклад застосування 3D-друку в медицині — успішно проведена операція з повної трансплантації черепа у дівчини, яка страждає на захворювання, що викликає розм’якшення кісток. Спроектована на комп’ютері копія черепа пацієнтки була надрукована на 3D-принтері та під час 23-годинної операції замінила рідну черепну коробку.

Хмара у банці

Вік біотехнологій зі збільшенням тривалості життя не настав би без окремих кроків у фармакології. Діоксид кремнію як сорбент розроблявся з 1980-х років та застосовувався у військово-стратегічних цілях. Иого приймали ліквідатори аварії у Чорнобилі для боротьби з променевою хворобою. Сьогодні препарат називається Полісорб , але механізм його дії той самий — Полісорб збирає шкідливі речовини, як магніт, і виводиться разом із організмом без залишку. З початку масового виробництва у 1997 році боротьба з отруєнням, кишковою інфекцією, діареєю, похміллям, виведення алергенів при гострих реакціях, що загрожують життю та здоров’ю, стала у 120 разів ефективнішою порівняно із застарілим активованим вугіллям. За останні 18 років не відкрили нічого більш дієвого серед сорбентів за їх основними показниками: площа поверхні, що сорбує, швидка швидкість дії, утримання і виведення з організму шкідливих молекул різного діаметру — від бактерій і вірусів до отрут і алергенів.Як випливає з назви, колоїдний діоксид кремнію містить два найпоширеніші елементи на Землі – кремній та кисень, причому без добавок, консервантів, барвників. Це і визначає популярність полісорбу у вагітних жінок і мам з маленькими дітьми

Внутрішньобачення

Томографія справила революцію у рентгенології, а й у медичної діагностиці загалом. Не дарма 1979 року родоначальникам методу присудили Нобелівську премію. У спеціалістів з’явилася можливість побачити анатомічні структури внутрішніх органів розміром до міліметра, отримати зображення під різними кутами та «зазирнути» за перепони, недосяжні для традиційного рентгенівського дослідження.  Томографія в 40-50 разів чутливіша за свого предка і в стільки ж разів інформативніша: можна виділити судинні утворення, кісти, пухлини та їх метастази, зробити знімки в певних фазах роботи серця. Рентген насамперед «бачить» ущільнення і кістки на просвіт, у зв’язку з чим велика ймовірність отримати знімок, де патології або пухлини будуть приховані тканинами, органами та кістками.У класичній томографії можна отримати пошарове зображення внутрішньої структури органів зрізом поперечним, поздовжнім і косим, ​​у спіральній — тіло «нарізається» не скибочками, а «серпантином», що дозволяє знайти проблему розміром із зернятко та отримати повне уявлення про її розташування. Ще однією перевагою томографії є ​​повне або часткове зняття променевого навантаження на пацієнта та лікаря, можливість обстеження дітей та вагітних.Методи КТ і МРТ зазнали значних змін після свого зародження і в даний час успішно використовуються для «внутрішнього бачення» людини з ніг до голови, продовжуючи впроваджуватися в нові сфери застосування.

Роблять роботи

Роботизована хірургія розвивається у двох напрямках: телехірургія, коли лікар керує роботом-хірургом та безпосередньо не контактує з пацієнтом, та малоінвазивна хірургія, що здійснюється з мінімальним втручанням у дбайливому режимі. Прикладом поширення хірургії під контролем людини може служити лапароскопія, яка застосовується в урології, при хірургії передміхурової залози, нирок, сечового міхура, гінекології та гастроентерології. Операція проводиться через маленькі отвори, після загоєння залишаються невеликі мітки, одужання прискорюється, а ризик інфікування рани та ускладнень зменшується, що цінується як лікарями, так і пацієнтами.«Роботизовані руки» використовуються в хірургії та мікрохірургії. У ході складних операцій хірурги можуть покластися на своїх помічників там, де потрібна висока точність та скрупульозність.Вже з’явилися роботи, які самостійно можуть проводити операцію, успіх яких оцінюється у 93 відсотки випадків.

Нанороботи – мікроскопічні носії ліків – вперше були використані в 2015 році у Каліфорнійському університеті на лабораторних мишах. Дослідники перемістили нанороботів всередину піддослідних мишей, які попрямували до шлунків гризунів і доставили поміщений на них “вантаж” – мікроскопічні частинки золота. Фахівці Каліфорнійського університету планують використовувати цей винахід, щоб транспортувати лікарські засоби до хворих тканин та органів людини.

Біоскло

2002 року Ієну Томпсону, фахівцю з лицьово-кісткової реконструкції лондонського Королівського коледжу, подзвонив пацієнт.Кілька років тому з ним стався нещасний випадок. Чоловіка збив автомобіль.

Протягом трьох років хірурги намагалися допомогти йому відновити нормальне положення очного яблука. Спочатку вони застосували штучні імплантати замість зламаної кістки, потім сконструювали заміну з власного ребра постраждалого.

Але обидві спроби виявилися невдалими.Томпсон розібравшись в ситуації, запропонував виробити перший в світі імплантат зі скла, який би утримував око пацієнта в нормальному положенні.

Ідея використати для цього скло, матеріал крихкий і ламкий, виглядає принаймні дивною. Але це було незвичайне скло.

“Біоскло починає розсмоктуватися, виділяючи іони, які “розмовляють” з імунною системою і кажуть клітинам, що робити. Таким чином, тіло не сприймає біоскло як щось чужорідне, і воно зростається з кістками і м’якими тканинами, стимулюючи утворення кісткового матеріалу.”

Томпсону вдалося досягти необхідного результату досить швидко. Майже відразу в його пацієнта повернувся нормальний зір і здатність розпізнавати кольори. І через 15 років його очі – абсолютно здорові.

Біоскло винайшов американський учений Ларрі Генч у 1969 році. Одного разу в автобусі він розговорився з полковником, який щойно повернувся з війни у В’єтнамі.

Полковник розповів, що хоча сучасні медичні технології допомагають рятувати життя на полі бою, вони не можуть врятувати кінцівки поранених.

Та розмова справила сильне враження на ученого, і він вирішив кинути роботу в галузі міжконтинентальних балістичних ракет і взятися за розробку біоматеріалів, які б не відторгав людський організм.

Свої дослідження Генч продовжив в Лондоні. І тому саме в Британії вперше були застосовані деякі з найбільш революційних інновацій з біосклом – від ортопедичної хірургії до стоматології.

Біоскло вже широко застосовують у побуті, наприклад, воно входить у склад зубної пасти Sensodyne.

Протягом останніх 10 років хірурги використовували біоскло у вигляді порошку (який нагадує шпаклівку) для усунення дефектів кісток у разі невеликих тріщин.

Однак, як вважають багато вчених, теперішнє застосування біоскла – це лише верхівка айсберга. Нові продукти для клінічного застосування, які тепер розробляють, зрештою повинні зробити революцію в кістково-суглобовій хірургії.

Крім того, “гнучке біоскло” стимулюватиме відновлення кісткової тканини, поступово, природним чином проникаючи в організм пацієнта.

За допомогою подальших змін у хімічному складі біоскла можна отримати нові його форми – більш м’які, на дотик схожі на гуму.

Тепер хірурги намагаються відновити пошкоджену тканину хряща в суглобах хворих артритом або в пошкоджених колінних суглобах за допомогою непростої процедури – “мікрофрактурування”.

Проте цей хірургічний метод стимулювання зростання тканини дає лише тимчасовий результат, що підтверджують багато спортсменів.

Джонс пропонує своє розв’язання проблеми – форму біоскла, імплантат з якої можна буде роздрукувати на 3D-принтері і потім помістити вбудь -який отвір у хрящі.

Звичайно, штучні матеріали, які можуть зростатися з людським організмом, виглядають трохи фантастично. А втім, імовірність того, що вони стануть частиною медицини майбутнього, зростає дедалі більше.

Зрештою, вже зараз мільйони людей чистять зуби пастою з таким матеріалом. І це лише початок…

 Матеріал підготувала Сівашова О.