Бионический глаз
Люди, интересующиеся темой медицинских технологий будущего, наверняка слышали про бионический глаз Argus II. Разработанный американской компанией Second Sight, он предназначен для улучшения зрения людей с тяжелой формой пигментного ретинита. Это редкое наследственное заболевание, при котором светочувствительная сетчатка глаза постепенно деградирует.
Argus II состоит из двух элементов: имплантата сетчатки и внешней системы, состоящей из вмонтированной в очки камеры с небольшим процессором. Камера записывает изображение в реальном времени, которое обрабатывается и отправляется по беспроводной сети к импланту. Argus II использует 60 электродов, чтобы стимулировать оставшиеся здоровые клетки сетчатки глаза пациента и отправить визуальную информацию в зрительный нерв, таким образом восстанавливая способность различать свет, движение и формы.
Первая операция по установке бионического глаза прошла в 2013 году, а всего в мире уже больше 200 пациентов с Argus II.
Печать костей
Благодаря технологии 3D-печати и новой технологии, разработанной учеными из университета Нового Южного Уэльса (Австралия), появилась возможность печатать кости.
Напечатанный гибридный материал, состоящий из комбинации цинка, кремния и фосфата кальция, помещается в место, где повреждены кости, и используется в качестве каркаса, пока человеческие кости не восстановятся.
Пока что эта разработка — лишь эксперимент, и непонятно, при каких травмах можно будет использовать эту технологию. Предполагается, что после восстановления костей пациента ученые будут вынимать напечатанный материал из организма, а человек продолжит жить нормальной жизнью. Также возможно, что кости будут срастаться поверх напечатанного материала.
В дальнейшем ученые планируют заменять сильно поврежденные кости и суставы полностью, вставляя вместо них напечатанные импланты.
Биопечать тканей и органов
Ученые также работают над тем, чтобы можно было печатать мягкие ткани, органы, сосуды и даже отдельные клетки человеческого организма.
Если раньше точную форму клетки или органа было получить достаточно сложно, то теперь этот процесс автоматизирован, хотя и требует серьезных вложений и исследований.
Доктор Лучано Видал, работающий вместе с другими учеными из Центральной школы Нанта (Франция), в 2020 году провел успешный эксперимент по печати индвидуального каркаса из фосфата кальция для лечения серьезных костных дефектов у овец.
Сначала ученые сканировали весь участок организма, где наблюдался дефект, а затем печатали персонализированный каркас, анатомически подходящий под место дефекта.
Чтобы использовать технологии 3D-печати на людях, ученым предстоит решить проблему принятия организмом напечатанных клеток и тканей. В случае с имплантацией отдельных органов, нужно понять, как соединить напечатанную сосуды новых органов с сосудистой системой хозяина. Но уже сейчас можно отметить, что 3D-биопечать — область, обладающая огромным потенциалом и способная совершить прорыв в области современной медицины и здравоохранения.
Гель, останавливающий кровотечение
Биотехническая компания Suneris разработала гель Vetigel, способный почти мгновенно останавливать кровотечение.В 2015 году Vetigel придумал студент Политехнического института Нью-Йоркского университета Джо Ландолина, которому на тот момент было 17 лет.
Гель представляет собой сеть независимых полимеров. В момент нанесения на пораженный участок кожи они формируют структуру, которая не только работает как пластырь, но и помогает организму вырабатывать фибрин. Именно он отвечает за свертывание крови.
Пока что VetiGel можно использовать только в ветеринарных целях, но ученые надеются, что получат разрешение на использование геля там, где он может быть критически необходим — например, в реанимациях или зонах боевых действий.
Уже сейчас Vetigel можно купить на официальном сайте компании всего за $35.
Голограмма для медицины
Представьте себе медицинский осмотр, во время которого врач сможет не только посоветоваться со своими коллегами с другого конца света, но и посмотреть на конкретный орган человека и тут же получить всю нужную информацию во всплывающем окне. Например, результат рентгена или МРТ.
Такое решение прямо сейчас предлагает Microsoft. Компания разработала Hololens 2 — очки смешанной реальности, созданные специально для оптимизации работы специалистов.
Сами Hololens представляют собой надеваемый на голову обруч с линзой и встроенными внутрь микродиспелями, которые создают голограмму изображения в пространстве. Информацию и голограммы, которые видит пользователь, можно выводить через проектор, а сами элементы голограммы активны — например, при использовании приложения электронной почты можно отправить письмо, а голограмму МРТ пациента можно рассмотреть с разных сторон.
Помимо создания голограммы в пространстве, Hololens 2 с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения отслеживает движение рук пользователя без каких-либо контроллеров. Пользователям достаточно в прямом смысле нажать на кнопки в воздухе.
Функцию управления интерфейсами приложения Microsoft Teams с помощью жестов в воздухе показал один из сотрудников компании на презентации Hololens 2.
Hololens используется не только в бизнесе, но и в медицине, производстве (например, чтобы видеть структуру отдельной детали в виде трехмерного изображения) и обучении. Стоимость на официальном сайте производителя — от $3,5 тыс.
Датчики в крови
Исследователи из института Макса Планка провели эксперимент с роботами микроразмеров, которые в буквальном смысле плавают в крови организма.
Подобные роботы размером меньше 1 мм обеспечат целенаправленное лечение и могут использоваться для «доставки» лекарств.
Чтобы эта технология стала по-настоящему массовой, ученым предстоит придумать, как сделать подобных роботов удобоваримыми, чтобы организм мог нормально функционировать после проглатывания микроустройства.
Подобные технологии уже есть на рынке: например, японские компании Otsuka Pharmaceutical и Proteus Digital Health создали легкоусваиваемый датчик, который пациент принимает внутрь. Подобный робот способен доставлять в организм препараты, применяемые при психических заболеваниях (депрессии, биполярном расстройстве и шизофрении).
Робот-хирург
В будущем сложные хирургические операции будут проводить с помощью роботов-помощников.
Один из самых известных роботов-хирургов Da Vinci с начала 1990-х годов помогает проводить сложные операции врачам по всему миру.
Роботизированные руки Da Vinci оснащены инструментами, имеющими семь степеней свободы и изгибающимися на 90 градусов.
С помощью Da Vinci возможно провести сложные операции по удалению злокачественных опухолей, не удаляя пораженный орган или ткани целиком, как это требовалось раньше. Благодаря этой точности, гинекологические операции и удаление опухолей, тем не менее, дают возможность женщине забеременеть и выносить ребенка.
Другая компания, производящая роботов-хирургов — Medrobotics. Благодаря своему строению, напоминающему змею, Flex Robotics System позволяет врачам проводить операции в труднодоступных участках организма.
Директор отделения хирургии головного и шейного отделов Медицинского центра Университета Питтсбурга Умамахесвар Дуввури использовал Flex Robotics System для выполнения более полудюжины операций в месяц на горле.
По словам Дуввури, роботизированная система Flex настолько проста в использовании, что даже студенты-медики могут научиться ей эффективно пользоваться за три попытки. А ее высококлассная точность позволяет врачам «пробираться» в любое место тела и причинять меньше вреда мягким тканям.
Илья Чех, основатель компании «Моторика»:
«Роботы во многих вещах заменят человека, и хирургия будет одним из первых направлений. По своей сути, операция — это линейный понятный процесс с набором действий и ситуативными вариантами решения сложностей. Здесь стоит отметить, что большая часть возможных сложностей связана как раз с тем, что операцию делает человек и инструменты заточены под него. Робот-хирург же может быть спроектирован под совсем иной способ проведения классических операций, что упростит процесс и снизит количество осложнений. Аналогичный пример можно провести с беспилотными автомобилями: можно сделать антропоморфного робота, который будет управлять автомобилем, спроектированным для человека, а можно сделать сам автомобиль изначально беспилотным. То же самое и в хирургии: первые роботы-хирурги создавались для проведения операций по сути человеческими инструментами. Сейчас разработчики вместе с врачами уже задумываются на тем, как изменить весь процесс операции с учетом того, что ее всегда будет проводить робот».
Бионические протезы
Разработка бионических протезов — одно из самых технологичных направлений в медицине. Благодаря протезированию люди, оставшиеся без конечности, могут вести почти полноценную жизнь.
Раньше биопротезы выполняли простые функции разжатия или сжатия за счет оставшихся мышц, но сейчас они стали не просто заменой недостающей опоры, а настоящим функциональным гаджетом.
Уже сейчас на рынке есть модели со встроенными многофункциональными датчиками, модулями Wi-Fi.
Пока что основная проблема при разработке и распространении всех новейших медицинских технологий — их дороговизна и недоступность для большинства специалистов и простых людей. Например, бионический протез руки в России обойдется от ₽100 тыс. до ₽1,5 млн.
Илья Чех:
«Любая вновь создаваемая технология будет изначально очень дорогой и недоступной. Затем по мере ее развития она будет упрощаться, удешевляться. Ускорить этот процесс можно, например, с помощью создания огромного спроса (через субсидии) или прямых инвестиций в разработку и улучшение технологий и продуктов».
Следующий шаг в развитии протезирования — создание вживляемых интерфейсов, которые будут считывать сигналы мозга. С помощью таких технологий носители протезов смогут делать покупки в интернете, общаться в мессенджере, передавать информацию разработчикам протеза, выполнять сложные действия.
Например, в 2015 году Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) провело эксперимент, при котором парализованная женщина управляла авиасимулятором истребителя F-35 c помощью механических рук, которые получали сигналы от ее мозга.
В апреле 2021 года проект Илона Маска Neuralink, который занимается созданием вживляемых чипов, показал видео, где макака играет в видеоигру с помощью такого импланта.
Предполагается, что чип будет крепиться за ухо, от него к мозгу будут идти электроды, всего около 1 500 штук, каждый из которых в четыре раза тоньше человеческого волоса.
Операция по вживлению чипа — не сложнее лазерной коррекции зрения. Предполагается, что имплант в первую очередь будет полезен людям с неврологическими заболеваниями, но в будущем компания Маска планирует запустить массовое производство, чтобы с помощью чипов увеличить эффективность мозга.
Российская компания «Моторика» тоже занимается разработкой вживляемых интерфейсов. По прогнозам Чеха, примерно через 20–30 лет технология станет доступной и безопасной для людей.
Затемняющиеся линзы
Наконец, технология, знакомая многим людям, испытывающим проблемы со зрением — фотохромные линзы. Они удобны тем, что не только улучшают зрение, но и препятствуют проникновению солнечных лучей на сетчатку глаза.
Молекулы фотохромных веществ, находящиеся в линзах, фиксируют количество дневного света, поступающего на линзу. Под сильным действием ультрафиолета молекулы меняют свою структуру, затемняются и перестают пропускать солнечный свет. Как только действие ультрафиолета прекращается, структура молекул вновь меняется и линзы становятся прозрачными.
Если раньше технология фотохромных линз использовалась только в очках, то сейчас на рынке существуют контактные линзы с интеллектуальной чувствительностью к свету.
Они активно фильтруют солнечный свет, обеспечивая защиту от воздействия ультрафиолета, и адаптируются к различным условиям в помещении и на улице.
