Чи принесе свої плоди симбіоз інноваційних технологій і медицини в найближчій перспективі? Як технології впливають на медицину сьогодні і чому їх розвиток в даній області не потрібно відкладати на потім?
Пропонуємо поглянути на 5 найбільш актуальних медичних технологій, які вже полегшують життя лікарям і пацієнтам.
Друк органів і тканин
Біоматеріали використовують для тривимірного друку вже досить успішно. Технологія 3D-біопринтинга для виготовлення біологічних конструкцій, як правило, охоплює розміщення клітин на біосумісній основі, з використанням методу пошарової генерації тривимірних структур біологічних тканин.
Оскільки тканини в організмі складаються з різних типів клітин, технології їх виготовлення шляхом 3D-біопринтинга також істотно розрізняються по їх здатності забезпечити стабільність і життєздатність клітин. Деякі з методів, які використовуються в 3D-біопринтингу, — фотолітографія, магнітний біопринтинг, стереолітографія, і пряма екструзія клітин. Клітинний матеріал, виготовлений на біопринтері, переноситься в інкубатор, де він проходить подальше вирощування.
3D-біодрук можна використовувати в регенеративній медицині необхідних для трансплантації тканин і органів. У порівнянні з 3D-друком з неорганічних матеріалів, у біодруку існують фактори, які ускладнюють процес, такі як вибір матеріалів, типів клітин, чинники їх росту і диференціювання, а також технічні складності, пов’язані з сенситивністю клітин і формуванням тканин.
Для вирішення цих проблем необхідна взаємодія технологій зі сфери інженерії, науки про біоматеріали, клітинної біології, фізики та медицини. Метод 3D-біодруку вже використовується для вирощування та трансплантації деяких тканин, серед яких багатошаровий епітелій, кістка, судинні трансплантати, трахеальні шини, тканини серця і хрящові структури. Інші області застосування тривимірної біодруку включають моделювання тканин з високими фармакодинамічними показниками в дослідницьких цілях, а також для розробки нових ліків і токсикологічного аналізу.
CRISPR
Швидкий розвиток технології генного редагування CRISPR зобов’язаний можливістю лікувати генетичні патології. На жаль, незважаючи на велику кількість дослідницьких робіт у цій області, для багатьох пацієнтів таке лікування залишається недоступним: безпека методу залишає бажати кращого, зміни в генетичному матеріалі часто тягне за собою небажані наслідки.
CRISPR — це нова технологія редагування геномів вищих організмів, що базується на імунній системі бактерій. В основі цієї системи — особливі ділянки бактеріальної ДНК, короткі паліндромні кластерні повтори, або CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Між ідентичними повторами розташовуються фрагменти ДНК, які відрізняються один від одного — спейсери, багато з яких відповідають ділянкам геномів вірусів, що паразитують на даній бактерії. При попаданні вірусу в бактеріальну клітину він виявляється за допомогою спеціалізованих Cas-білків (CRISPR-associated sequence — послідовність, асоційована з CRISPR), пов’язаних з CRISPR РНК.
Якщо фрагмент вірусу “записаний” у спейсері CRISPR РНК, Cas-білки розрізають вірусну ДНК і знищують її, захищаючи клітини від інфекції. На початку 2013 р. кілька груп вчених показали, що системи CRISPR/Cas можуть працювати не тільки в клітинах бактерій, але і в клітинах вищих організмів, а значить, CRISPR/Cas-системи дають можливість виправляти неправильні послідовності генів і таким чином лікувати спадкові захворювання людини.
Активне використання big data і IoT
На Заході цей тренд, що намітився ще в 2015-2016 роках, коли найбільші фармакологічні компанії стали використовувати послуги IoT для збору і обробки даних, а також застосування різних периферійних пристроїв для отримання важливої інформації про потенційних споживачів лікарських засобів.
Експерти Global Data очікують, що обсяги ринків програмного забезпечення та послуг IoT у фармацевтичній промисловості зростуть до $2,4 млрд до 2020 р. Тенденція зростання передбачає активний розвиток big data і вкладень у відповідну інфраструктуру.
Найбільш яскравим прикладом використання IoT на Заході є досвід компанії Amazon і використання в медичних і фармакологічних цілях платформи AWS. Хмарний масив допомагає спростити впровадження технологічних інновацій у фармакологічної індустрії, спрощує застосування та інтеграцію для потреб розробок фарми високопродуктивних обчислень і машинного навчання. У планах компанії новий сервіс, який спростить роботу з системами обліку клінічних даних, призначення препаратів, а також вибір препаратів за оптимальною вартістю.
Передбачається, що новий сервіс Amazon буде підказувати, як краще лікувати пацієнтів і економити на ліках. У планах компанії включити в сервіс розпізнавання медичних записів і можливість давати голосові рекомендації. У компанії навіть заявили, що “медичний” почерк не стане проблемою при розпізнаванні.
Операції у віртуальній реальності
Охорона здоров’я — це одна з найбільш важливих і яка має практичне застосування галузей для технологій доповненої і віртуальної реальності. В сучасних лапароскопічних операціях зображення на ендоскопії доповнюється зображенням, отриманим під час інтраоперативної ангіографії. Це дозволяє хірургові точно знати, де знаходиться пухлина всередині органу і, таким чином, мінімізувати втрати здорової тканини органу пацієнта під час операції по видаленню пухлини.
За допомогою спеціалізованого софту медики можуть розробляти моделі індивідуальних протезів на основі сканування пацієнта. Створення тренажерів-симуляторів на базі технологій віртуальної реальності дозволяють істотно поліпшити якість навчання лікарів, скоротити витрати на нього і знизити кількість лікарських помилок.
Біонічні протези
Кібернетичні руки вже успішно продаються у Великобританії, Франції, а тепер будуть і в США. 4 квітня 2019 р. компанія Open Bionics оголосила про свою співпрацю з мережею клінік Hanger, спільно з якою і налагодила доставку протезів Hero Arm в Америку.
Роботизовані руки друкуються на 3D-принтерах і можуть бути виготовлені за 40 годин. Всередину вбудовуються міоелектричні датчики, що дозволяють зчитувати сигнали з м’язів і мозку, реагуючи на них максимально швидко. Таким чином, люди з інвалідністю можуть знову жити повноцінним життям. За даними розробників Open Bionics, протези Hero Arm неймовірно точні й інтуїтивні. До того ж подобаються дітям, адже інженери надихалися фільмом “Залізна людина” і грою Deus Ex.
Біонічні протези ніг, крім рухової функції, повинні забезпечувати ефективну амортизацію. Компактні й ефективні двигуни, багатоємні акумулятори допомагають зробити ці пристрої мобільними і простими у використанні. Подібні технології позитивно впливають на якість сучасних протезів, але викликають їх подорожчання.
За даними американської аналітичної компанії Frost & Sullivan, ціна сучасних удосконалених протезів варіюється від $5 тис. до $50 тис.
Великий вплив на доступність сучасних протезів надала технологія 3D-друку. Вона дозволяє швидко і легко створювати недорогі, але функціональні протези, що знижує їх кінцеву вартість для споживача і створює перспективи для розвитку галузі.
З розвитком технологій з’явився новий вид протезування — аугментація, яка передбачає не просто заміну втраченого органу, а ще й придбання здібностей, раніше не властивих людині.