Павел Карасев
Немного будущего
Умные клетки, супер-растения, нановрачи и другая медицина
Вот оно, наше время. Редактирование генома позволяет «выключать» болезни. На 3D-принтере печатают сердце. Миниатюрный гаджет фильтрует кровь, разрушая раковые клетки. Немые разговаривают, безрукие управляют протезами силой мысли. Чего еще ждать нам, аналоговым жителям цифрового века? Поглядите наш дайджест передовых медицинских новостей и присмотритесь к перспективам.
Обезьяна Sapiens
Ученые из Южного Китая сообщили, что попытались «ускорить эволюцию», выведя несколько макак с человеческими генами. Таким образом они стремились изучить на практике один из генов, которые считают катализатором развития интеллекта. Исследователи использовали передовую технологию редактирования генома CRISPR. Она позволяет вводить в ДНК вирус, изменяющий ее структуру.
В итоге у подопытных приматов выявили улучшение памяти и способность различать цвета и формы. Однако говорить о «разумных обезьянах» пока рано: несмотря на развитие их когнитивных навыков, ученые пока не заметили серьезных физиологических перемен.
Подобные эксперименты в Китае не редкость — в отличие от западных коллег, ученые здесь часто и охотно используют приматов для испытаний. Например, в январе китайские ученые рассказали о полудюжине клонированных обезьян, на которых будут проводить исследования психических заболеваний.
Фильтр противораковый карманный
Ученые из Мичиганского университета тестируют чудо-прибор, который может выявлять в крови раковые клетки и отсеивать их. Когда клетки первичной опухоли разрушаются, они начинают циркулировать в кровотоке и лимфатической системе. Большинство этих клеток погибает, однако некоторые могут попасть в другие части тела, осесть там и образовать метастазы, которые в большинстве случаев и приводят к смерти.
Передовое устройство размером с портсигар пропускает через себя кровь, взятую из вены. Кровь фильтруется через нанолисты, снабженные антителами: если в это «решето» попадают раковые клетки, антитела связываются с их поверхностью и не пропускают дальше, а очищенная кровь возвращается в вену. В устройстве есть источник бесперебойного питания и точка беспроводной связи.
Во время испытаний на собаках девайс за пару часов профильтровал 1-2% общего объема крови животных. По мнению изобретателей, для человека такая пропускная способность еще слишком мала, однако этот вопрос можно будет решить в ближайшие несколько лет.
Электромозговой штурм
Роб Рейнхарт, доцент кафедры психологии, и доктор биологических наук Бостонского университета Джон Нгуен продемонстрировали, что электростимулирование мозга может улучшить рабочую память пожилых людей так, что их не отличить от молодых.
Исследователи попросили группу двадцатилетних и группу испытуемых в возрасте 60–70 лет выполнить ряд заданий, требующих активизации памяти, а после небольшой паузы — повторить те же упражнения с небольшими изменениями, указав на различия.
Молодые люди справлялись с задачей намного успешнее. Однако, когда их старшие товарищи прошли 25-минутный сеанс электростимуляции, разница в результатах между двумя возрастными группами исчезла, и такая ситуация сохранялась по крайней мере около часа.
Дело в том, что все наши воспоминания и ощущения обрабатываются мозгом при помощи электрических колебаний, так называемых тета- и гамма-ритмов. Определенная синхронизация колебаний как раз и позволяет нам держать в памяти и при необходимости воспроизводить увиденное и услышанное. С возрастом взаимодействие между ритмами ухудшается, и память теряет остроту. Идея Рейнхарта и Нгуена состоит в том, что с помощью электростимуляции можно улучшить взаимодействие гамма- и тета-ритмов, приводя в порядок поток информации, который беспорядочно крутится у нас в мозгу.
Синтезатор речи
Нейроинженеры из Университета Колумбия в Нью-Йорке разработали систему, которая может переводить сигналы из коры головного мозга непосредственно в устную речь. Ученые уже давно выяснили, что когда люди говорят или даже просто воображают, что говорят, их мозг действует по определенным шаблонам. Требовалось лишь выявить эти шаблоны и построить на их основе преобразователь, синтезирующий слова. Сделать это оказалось непросто, но первые опыты уже проведены, причем результаты оказались блестящими. Для калибровки испытуемому достаточно послушать, как электронный голос считает от нуля до девяти. После этого испытуемый может начать мысленно «говорить» — система на основе искусственного интеллекта анализирует его мозговую деятельность, переводя ее в речь, которую затем воспроизводит тот же синтезатор, что в голосовых помощниках Alexa, Siri и Google Assistant.
Как отмечают эксперты, реализация этой технологии — важнейшая часть концепции интерфейса «мозг — компьютер». Она обещает огромные возможности тем, у кого нарушена или полностью отсутствует речь.
Чисто плющ
Ученые из Вашингтонского университета рассказали о «супер-растении», способном очищать воздух. Исследователям удалось вывести новый вид плюща, который может сам удалять из воздуха канцерогены — например, бензол и хлороформ. Для этого пришлось изменить геном растения, и теперь оно не только извлекает вредные вещества, но и превращает их в белок 2E1, который использует для своего дальнейшего роста.
Тип растения был выбран исследователями не случайно. Плющ отлично растет внутри помещений и в разнообразных климатических условиях. Во время эксперимента ученые поместили пары́ хлороформа и бензола в стеклянные тубы с обычными и модифицированными растениями. Данные собирали 11 дней, следя за количеством вредных веществ в воздухе. Согласно отчету, модифицированные растения за три дня снизили уровень хлороформа в тубе на 82%! А через шесть дней воздух в тубе совершенно очистился, причем плющ остался жив. Растению удалось справиться и с парами бензола: через восемь дней его количество в исследуемом воздухе снизилось на 75%.
В дальнейшем ученые планируют добавить в геном плюща новый белок, который позволит растению очищать воздух еще от одного канцерогена — формальдегида.
Анализатор страха
Исследователи из Стэнфордского университета разработали сенсор размером с почтовую марку, который в реальном времени отслеживает в организме уровень кортизола — гормона стресса. Обычно подобные устройства выявляют признаки стресса, измеряя у человека температуру, пульс и уровень потоотделения. Но эксперты из Стэнфорда считают, что эти показатели ненадежны, поскольку могут меняться без всякой связи со стрессом.
Вместо этого ученые предлагают измерять уровень кортизола — он неизменно повышается, когда человек испытывает физическое или эмоциональное напряжение. Однако классические методы измерения (анализ крови, слюны или волос) не дают быстрого результата.
Созданный сенсор напоминает пластырь. Он пропускает через себя элементы пота, задерживая кортизол, который остается в резервуаре сенсора, постепенно накапливая электрический заряд: его-то и можно измерить с помощью встроенного датчика.
Ученые протестировали устройство на нескольких бегунах, и результаты полностью совпали с анализами образцов пота, полученными в лаборатории. Теперь очередные задачи — уменьшить размер устройства и увеличить количество датчиков.
Робот внутри
Ученые из Китайского университета в Гонконге разработали новый способ управления нанороботами: их можно собирать в стаи и отправлять внутрь человеческого тела. Это поможет хирургам проводить сложнейшие операции и выполнять другие медицинские задачи.
Нанороботы — это миллионы магнитных наночастиц, которые способны изменять свою форму в любой среде. Благодаря воздействию магнитного поля они умеют расширяться, уменьшаться, расщепляться и сливаться в стаю для выполнения необходимых целей. Группа исследователей под руководством Чжана Ли долгое время изучала принципы организации рыбьих и птичьих стай, после чего применила свои выводы в программах нанороботов, манипулируя их действиями в магнитном поле.
По словам исследователей, новая технология позволит получить доступ в труднодоступные части тела, осуществлять «адресную доставку» медикаментов и многое другое. В дальнейшем группа китайских ученых планирует использовать свое открытие для создания магнитной «наносварки», чтобы нивелировать последствия инсульта и других повреждений сосудов.
Всевозможные уши
Исследователи из Occidental Colledge в Лос-Анджелесе разработали принципы «молекулярной хирургии», с помощью которой можно проводить косметические операции по изменению формы носа и ушей без разрезов, рубцов и даже без последующей реабилитации. Потребуются только микроскопические иглы, электрический ток и распечатанные на 3D-принтере формы.
Обычно для того, чтобы изменить форму хряща, на него необходимо воздействовать с помощью скальпеля или лазера, который нагревает хрящ и делает его эластичным. Новая методика предлагает воздействовать на хрящи неинвазивно и без нагревания — с помощью слабого электроразряда, который, оказывается, вызывает цепь химических реакций, вследствие которых хрящ становится пластичным.
Новую методику проверили на кролике: ему изменили форму одного уха — под воздействием направленного электрического тока органу придали желаемую форму. Когда источник тока убрали, хрящ затвердел.
Новый подход, безусловно, будет полезен для косметических операций, но изобретатели считают, что он способен помочь и в случаях, когда провести обычную операцию не представляется возможным: например, для исправления последствий церебрального паралича или инсульта.
Мысленная рука
Житель штата Флорида Джон Матени, потерявший руку, стал обладателем бионического протеза, который управляется при помощи мысли. Протез разработан Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса в рамках программы по модернизации протезов Revolutionizing Prosthetics. Бионическую руку стоимостью 120 млн долларов Матени получил на год: за этот срок необходимо определить, насколько хорошо протез синхронизируется с мозгом пациента.
Интересно, что подключать датчики протеза напрямую к мозгу не понадобилось: протез использует нервные окончания в культе и интерпретирует сигналы, идущие по ним, в команды для бионической руки.
Возможности протеза не безграничны — например, Матени не может мыть бионическую руку или водить с ее помощью автомобиль. Впрочем, учитывая, какие впечатляющие результаты уже достигнуты в области биопротезирования, можно надеяться, что подобные возможности появятся в ближайшие несколько лет.
Печатное сердце
В апреле 2019 года группа исследователей из Университета Тель-Авива продемонстрировала искусственное сердце, напечатанное на 3D-принтере из собственных клеток пациента. До сих пор ученые успешно печатали только простые ткани без кровеносных сосудов или отдельные части сердца (вроде клапанов и желудочков).
Для пациентов с терминальной стадией сердечной недостаточности единственный шанс выжить дает пересадка сердца. 3D-сердце, изготовленное в Израиле, пока рассчитано на кроликов, с которыми проводятся испытания. Но ученые уверяют, что такая технология позволит получить и человеческий орган. Для печати используют индуцированные плюрипотентные клетки пациентов. Исследователи надеются, что уже через 10 лет смогут успешно пересадить напечатанное сердце первому пациенту-человеку.
Впервые о печати органов заговорили в 2012 году, когда Синъя Яманака и Джон Гердон получили Нобелевскую премию за способ перепрограммирования стволовых клеток в универсальные (плюрипотентные), которые возможно индуцировать для создания всех тканей организма.
Спасибо за ваше внимание! Уделите нам, пожалуйста, еще немного времени. Кровь5 — издание Русфонда, и вместе мы работаем для того, чтобы регистр доноров костного мозга пополнялся новыми участниками и у каждого пациента с онкогематологическим диагнозом было больше шансов на спасение. Присоединяйтесь к нам: оформите ежемесячное пожертвование прямо на нашем сайте на любую сумму — 500, 1000, 2000 рублей — или сделайте разовый взнос на развитие Национального регистра доноров костного мозга имени Васи Перевощикова. Помогите нам помогать. Вместе мы сила.
Ваша,
Кровь5
