Наносенсоры: будущее диагностической медицины?

Нанотехнологии в медицине. Медицинские нанотехнологии. Наномедицина

Наносенсоры: будущее диагностической медицины?

Нанотехнологии в медицине предлагают большие возможности для улучшения лечения ряда заболеваний и уже используются в глобальном масштабе. В настоящее время разработаны около 50 видов терапии наночастицами. Существует широкий спектр определений, относящихся к медицинским нанотехнологиям, но до сих пор нет глобального консенсуса относительно того, как их следует классифицировать.

Нанотехнологии в зарубежной медицине уже доказали свою эффективность в области методов визуализации, моделирования, дозирования и манипулирования лекарствами. Взаимодействие материалов со сложными биологическими системами изменяются при нано-размерах. Наномедицина использует улучшенные и часто новые физические, химические и биологические свойства материалов в нанометровом диапазоне.

Наномедицина: типы наночастиц

Существует много различных типов наночастиц, включая неорганические (например, золото, серебро и диоксид кремния), наночастицы на основе полимера (например, дендримеры, полимерные лекарственные конъюгаты) и наночастицы на основе липидов. Разнообразие классов наноматериалов и широкого спектра изменения физических и композиционных характеристик наночастиц, является, пожалуй, самым большим преимуществом при использовании наномедицины.

Эти характеристики в значительной степени влияют на эффективность доставки лекарств. Есть много препаратов, которые плохо поглощаются из-за плохой растворимости в кишечной жидкости, а также плохого проникновения через кишечный эпителий. Наноформы используются для улучшения дисперсии слаборастворимых в воде лекарств, а также для повышения их транспорта через кишечный барьер.

В дополнение к улучшению системы доставки лекарств наномедицина также продемонстрировала повышенную безопасность по сравнению с обычными лекарствами, нацеливая их терапевтическую полезную нагрузку на пораженные участки тела с помощью пассивных или активных механизмов, что особенно актуально в онкологии.

Примеры использования нанотехнологий в зарубежной медицине

Одним из примеров использования нанотехнологий в медицине является разработка израильской компании Nano Retina – она разработала сложное и элегантное решение, предназначенное для восстановления зрения людей, потерявших зрение из-за дегенеративных заболеваний сетчатки.

Миниатюрное устройство Nano Retina, имплантат NR600, заменяет функциональность поврежденных фоторецепторных клеток и создает электрическую стимуляцию, необходимую для активации оставшихся здоровых клеток сетчатки.

NR600 состоит из двух компонентов; миниатюрный имплантируемый нано-чип и набор очков, которые носят пациенты.

Израильская компания MicronJet NanoPass Technologies разработала уникальную одноразовую иглу, предназначенную для безболезненного введения вакцин в кожу с использованием полупроводниковой нанотехнологии в медицине, которая обеспечивает превосходный иммунный ответ при меньшем количестве вакцины. Высокую эффективность этой медицинской нанотехнологии показала вакцинация младенцев от полиомиелита в Юго-Восточной Азии.

Другой пример использования нанотехнологий в медицине. В Израиле разработан метод получения изображений на основе наночастиц для отслеживания продольных мезенхимальных стволовых клеток в головном мозге.

Нанополярная КТ-визуализация для отслеживания стволовых клеток в головном мозге применяется при диагностике и контроле нейропсихиатрических расстройств.

Критической проблемой при разработке и внедрении терапии стволовыми клетками является отсутствие надежных, неинвазивных средств для визуализации и отслеживания клеток после их трансплантации и оценки их биораспределения и функциональности. Методика применяется для неинвазивного мониторинга при лечении депрессии и нейропсихиатрических заболеваний.

ИНТЕРЕСНО!
Исследования показывают, что клеточная терапия является потенциально перспективным подходом к лечению нейропсихиатрических расстройств. Миграция клеток может быть обнаружена нанополярной КТ уже через 24 часа и наблюдаться до одного месяца после трансплантации. Нанополярная КТ может применяться как для фундаментальных исследований, так и для клинических применений нанотехнологий в медицине.

Несмотря на значительный прогресс в области онкологической терапии, рак остается одной из ведущих причин смерти в мире.

В Израиле нанотехнологии в медицине позволили разработать уникальный тип многофункциональных флуоресцентных наночастиц оксида железа (IO) для целевой противоопухолевой терапии.

Комбинация этих наночастиц с химиотерапевтическими препаратами обеспечивает более мощный противораковый эффект и значительно улучшает прогноз пациента на выздоровление.

Кроме того, в Израиле создан новый метод компьютерной томографии (КТ) в сочетании с маркировкой Т-клеток наночастицами золота в качестве контрастного агента для КТ.

Это позволяет наблюдать, как Т-клетки накапливаются в опухолевом участке, и корректировать иммунотерапию.

Новый метод для отслеживания клеток с помощью КТ представляет собой ценный инструмент для исследований и, что еще важнее, для клинического контроля онкологической иммунотерапии.

Лаборатория мембранных и липосомных исследований, кафедра биохимии и молекулярной биологии в израильском институте медицинских исследований фокусируется на разработке и применении нанопрепаратов и нанотехнологий в медицине на основе липосом, начиная от базовых аспектов дизайна лекарственных препаратов, клинических испытаний и вплоть до улучшения уже используемых препаратов.

Специалистами Израиля созданы инъекционные системы доставки лекарств на основе пегилированных, длительно циркулирующих, стабилизированных нано-липосом, заряженных в зависимости от цели амфипатической слабой кислотой, противовоспалительным стероидным лекарством либо противораковым агентом. В данной технологии применяется биоэнергетическая стратегия дистанционной загрузки трансмембранного ионно-градиентного пула, посредством которой липосомы инкапсулируют соль, содержащую либо слабое основание (например, аммоний), либо слабую кислоту (например, ацетат).

Этот метод удаленной загрузки лекарственного средства имеет три основных преимущества:

  1. высокая эффективность загрузки лекарств
  2. высокое молярное соотношение между лекарственным средством и липидом
  3. контролируемое высвобождение лекарственного средства как in vitro, так и in vivo.

Эти нано-препараты специально разработаны для использования в микроанатомической среде воспаленных и раковых тканей: это явление называется эффектом «повышенной проницаемости и удержания». Такие нанотехнологии в медицине приводят к снижению токсичности и повышению эффективности лечения рака и других заболеваний.

Перспективы наномедицины

Продукты наномедицины начали появляться более десяти лет назад, а основными областями применения наномедицины за рубежом являются онкология, заболевания ЦНС, сердечно-сосудистые заболевания и инфекционный контроль.

Наномедицина уже хорошо развита.

В отличие от некоторых других потенциальных применений нанотехнологий, которые по-прежнему в значительной степени экспериментальны, наномедицина уже внесла значительный вклад в эффективность диагностики и лечения за рубежом.

Возможно, вам будет интересно

Трудно концептуализировать мир, где люди могут манипулировать наноразмерными объектами по своему усмотрению или даже контролировать свой собственный биологический материал на клеточном уровне со светом.

Техасский университет в Остине, например, работает с «нанотрубками» – медицинская нанотехнология с использованием света, которая открывает новые возможности для инноваций в области медицины.

Они разработали опто-термоэлектрические нанотрубки, которые помогут дать более глубокое пониманию материальных и биологических систем и открыть ряд возможностей для фундаментальных и медицинских инноваций в нанометровом масштабе.

Такие продукты наномедицины, как нанотрубки, применимы к широкому спектру металлических, полупроводниковых, полимерных и диэлектрических наноструктур с заряженными или гидрофобными поверхностями.

Созданы кремниевые наносферы, кремниевые гранулы, гранулы полистирола, кремниевые нанопроволки, германиевые нанопроволки и металлические наноструктуры.

Манипуляции с живыми клетками и связь между ними, вероятно, будут основной исследовательской направленностью для инженеров, желающих использовать возможности нанотрубок в медицине.
ИНТЕРЕСНО!
Основными типами наноматериалов, используемых в медицинском применении, являются: полупроводниковые наноматериалы, магнитные наноматериалы, наночастицы металлов, углеродные наноматериалы, гидрогелевые нанокомпозиты, липосомы, дендримеры, полимерные нанокомпозиты и биоразлагаемые полимеры.

Наиболее популярные области исследований:

  • биосовместимость наноматериалов с живыми организмами в их различных проявлениях;
  • нанобиосенсоры для диагностики генетических, метаболических или инфекционных заболеваний;
  • целевая доставка лекарств различными модификациями наноматериалов;
  • наномедицинские устройства и структуры, нанороботы.

Новые наночастицы все чаще проектируются для диагностики и распознавания патогенов, для того, чтобы идентифицировать фармацевтические агенты для лечения заболеваний, находить, прикреплять или вводить биологические соединения в целевые области. Нанотоксикология фокусируется на оценке токсичности различных наноматериалов, которые уже используются или разрабатываются для медицинского применения.

Спектр применения нанотехнологий в зарубежной медицине постоянно расширяется, и скорее всего уже в ближайшем будущем нанотехнологии радикально изменят лицо современной медицины.

Источник: https://www.dirklinik.ru/article/196-nanotehnologii-v-meditsine-vozmojnosti-opyt-ispolzovaniya-perspektivy

Наносенсоры: будущее диагностической медицины?

Наносенсоры: будущее диагностической медицины?

Жизненно важной целью диагностической медицины является способность диагностировать медицинские проблемы как можно скорее, позволяя врачам лечить пациентов до того, как произойдут какие-либо необратимые или долгосрочные повреждения.

Наносенсоры сделаны из углеродных нанотрубочек, каждая из которых в 100 000 раз тоньше волоса.

Ускорение процесса диагностики – одно из основных направлений исследований. Одно недавнее исследование обнаружило, что новый анализ крови может прогнозировать риск рецидива рака молочной железы у женщин почти за 8 месяцев до появления видимых признаков.

Другое исследование выявило, что естественное соединение, обнаруживаемое в выдыхаемом воздухе, является биомаркером ранней стадии цирроза печени. Этот биомаркер в один прекрасный день может стать основой дыхательного теста для диагностики этого заболевания.

Одна из проблем, которая возникает при диагностике медицинских состояний, состоит в том, что симптомы некоторых заболеваний проявляются только после определенного периода времени. К тому моменту, когда проявляются эти симптомы, основное заболевание уже достигнет той стадии, когда его лечение намного более сложное, чем если бы эта проблема была обнаружена раньше.

Наиболее ярким примером этой проблемы могут быть злокачественные новообразования, такие как рак поджелудочной железы, который часто не вызывает никаких симптомов или признаков во время своей ранней стадии; эти симптомы и признаки проявляются, когда рак распространяется в другие части организма.

Но эта проблема является общей.

Другим примером может служить то, когда имплантаты – например, протез бедра – становятся инфицированными или воспаленными, что приводит к избыточному формированию рубцовой ткани. К тому времени, когда становится очевидным, что протез бедра инфицирован, единственным решением является его удаление и замена на новый.

Профессор Томас Вебстер, заведующий кафедрой химической инженерии в Северо-Восточном Университете в Бостоне, и его коллеги развивают наносенсоры – новую форму технологии, которая сможет контролировать накопление бактерий на имплантатах и предупредить врачей о необходимости лечения до того, как проблема обострится.

Нанотехнологии: крохотный размер, огромный потенциал

Сказать, что нанотехнологии — крошечные, было бы преуменьшением. Один нанометр равен одной миллиардной части метра. Лист бумаги имеет толщину около 100 000 нанометров. Однослойная углеродная нанотрубочка с диаметром 1 нанометр в 100 000 раз тоньше волоса. Для сравнения, волос в 100 000 раз меньше, чем дом с шириной 10 метров.

Очень трудно представить себе, насколько это малые размеры, но преимущества, которые появляются с применением нанотехнологий в медицине, рассмотреть намного легче. Исследователи уже сумели использовать нанотехнологии для улучшения биологической визуализации, так что врачи могут обнаружить накопления крошечных частиц или молекулярные сигналы, связанные с проблемами со здоровьем.

Профессор Вебстер рассказал о предыдущих проектах, в которых он и его коллеги изучили потенциал использования наночастиц в лечении бактериальных и вирусных инфекций.

Некоторые хронические бактериальные инфекции вызваны бактериями, растущими в биопленках – то, что Т. Бьярншольт из Копенгагенского университета в Дании описывает как «заключенные в слизь агрегаты». Биопленки являются причиной таких заболеваний, как пневмония в случаях муковисцидоза и связанные с имплантатами инфекции.

«Препараты и антибиотики не проникают в эти биопленки, — объясняет профессор Вебстер, — так что единственное, что можно сделать, — это оперировать и удалять биопленку вручную из тканей».

Наночастицы могут изменить это состояние. Пролфессор Вебстер говорит: «Мы смогли разработать эти наночастицы, которые действительно могут проникать в биопленки, а затем их уничтожить, регенерируя здоровые ткани; так что Вам больше не нужно будет оперативного вмешательства».

Кроме того, профессор Вебстер и его коллеги работали над созданием наночастиц, разработанных для уничтожения определенных вирусов. Золотые наночастицы были сделаны для того, чтобы присоединяться к вирусам, таким как Эбола или грипп. При нагревании частиц при помощи инфракрасного света с определенной длиной волны, наночастицы могут разрушать структуру вируса.

Профессор Вебстер кратко подвел итоги о том, какие преимущества нанотехнологии он видит: «Мы считаем, что есть огромный потенциал использования нанотехнологий в медицине, так как небольшой размер позволяет проникать в клетки, попадать внутрь клеток и манипулировать их функциями таким способом, который был недоступен при использовании традиционного материала».

Существуют огромные преимущества, которые могут быть достигнуты в медицине при помощи нанотехнологий. В настоящее время профессор Вебстер и его коллеги сосредоточились на изучении того, как эта технология может быть использована для улучшения обычных форм лечения. В этой отрасли в игру вступают наносенсоры.

Врач внутри организма

«В идеале, мы хотим создать датчики, которые ведут себя очень похоже на естественные клетки организма, — объясняет профессор Вебстер. – Многие из нас могут сказать, что человеческий организм является лучшим датчиком. Мы может ощущать вещи намного лучше, чем все то, что мы создавали до сих пор искусственно».

В один прекрасный день может стать возможным создание датчика при помощи нанотехнологий для имитирования человеческих иммунных клеток, циркулирующих по организму, который будет выявлять и реагировать на любые проблемы. Но это все еще впереди.

Пока что ученые опробовали свои наносенсоры, нарастив их на титановых протезах бедренной кости и катетерах.

Вместо этого, профессор Вебстер и его коллеги решили преобразовать традиционные медицинские изделия, имплантируемые в организм, оборудуя их датчиками, – наносенсорами, — которые могут выявить проблему и реагировать на нее, если она возникнет.

«На первом этапе мы взяли титановые протезы бедренной кости, затем вырастили на их поверхности материал, который может электрически определить, какой тип клеток присоединился к поверхности», — сообщил профессор Вебстер.

Датчики, сконструированные из углеродных нанотрубок, способны выявлять, какие клетки присоединились к имплантату – костные (как хотелось бы), бактериальные или воспалительные. Последние два типа клеток могут указать на инфекцию или образование рубцовой ткани, которые могут предоставить проблемы пациенту.

Встроенный в датчик радиочастотный передатчик посылает сигналы к внешнему компьютеру, из которого врач может получить доступ к всей предаваемой информации.

При помощи этой информации врач может увидеть, что имплантат свободен от бактерий, имеет небольшое количество бактерий, с которыми организм справится, или имеет большое количество бактерий, что требует назначения антибиотиков до развития полноценного инфекционного процесса.

«Очевидно, что последний сценарий будет намного лучше того сценария, который происходит в настоящее время, — отмечает профессор Вебстер. – по сути, сегодня мы не знаем об инфекционном процессе или избыточном рубцевании до того, пока не становится слишком поздно, и необходимо удалять протез».

Кроме протезов бедренной кости, ученые проверили свои наносенсоры на катетерах, используя тот же подход. Люди с длительно пребывающими катетерами восприимчивы к инфекции, а это значит, что наносенсоры, мониторирующие уровни бактерий, могут оказать значительное влияние на уход за катетерами.

Часто обеспокоенность людей вызывает то, являются ли нанотехнологии, применяющиеся внутри организма, токсическими. Профессор Вебстер и его коллеги провели много времени, чтобы удостовериться в том, что материалы, используемые ими, — углеродные нанотрубочки и некоторые дополнительные полимеры, — нетоксичны.

Более того, они обнаружили в некоторых ранних исследованиях на животных моделях, что используемые материалы даже смогли улучшить рост костной ткани, когда применялись с протезами бедренной кости. Таким образом, даже если датчик не выявляет никаких проблем, он все равно способен содействовать росту костной ткани в большей степени, чем обычный титановый имплантат.

«Это первый шаг к улучшению имплантата, — говорит профессор Вебстер, — но, в конечном итоге, наша цель состоит в том, чтобы создать такие датчики, которые действуют подобно человеческому организму».

Проблемы с генерацией энергии и данных

Хотя эти наносенсоры обладают большими перспективами, существует еще несколько проблем, которые надо решить перед тем, как эту технологию можно будет использовать у людей.

Ученые хотят, чтобы датчики имели ту же продолжительность жизни, как и имплантаты, на которых они наращены.

Хотя это не проблема для катетера, который вводится на неделю или две, протезы бедренной кости могут оставаться в организме в течение 15лет.

В настоящее время ученые генерировали электропитание для датчиков, используя способность углеродных нанотрубок сжиматься. Когда они сжимаются под действием силы окружающих тканей, генерируется элеткрический ток.

Тем не менее, хотя этот способ может генерировать электропитание в краткосрочной перспективе, когда все большее количество тканей нарастет поверх датчиков, они, в конце концов, больше не будут иметь возможность сжиматься.

Эта головоломка – один из двух значительных вопросов, которые ученые должны преодолеть до того, как датчики могут быть использованы у пациентов с имплантатами. Другой большой проблемой для ученых является генерирование достаточного количества тестовых данных, чтобы их технология была одобрена для использования соответствующими регуляторными органами.

 

Ученые надеются, что в один прекрасный день их нанотехнология будет использоваться не только для мониторинга распространения инфекции, но и для лечения болезней, таких как рак.

Ранние этапы испытаний также были успешными. Ученые в настоящее время проводит второй этап исследований на грызунах, после чего будут проверять технологию на более крупных животных.

Профессор Вебстер допускает, что человеческие клинические испытания пройдут через 5-10 лет.

Не только выявлять проблемы, но и лечить их

Планы ученых на использование наносенсоров выходят за пределы роли мониторинга, при помощи которого они предоставляют информацию врачам.

Профессор Вебстер описал, как датчики могут быть также использованы для лечения проблем, прежде чем они смогут привести к повреждению организма: «если датчики немного усовершенствовать, их можно запрограммировать с помощью небольшого устройства, чтобы они высвобождали препарат для уничтожения бактерий или уменьшения роста рубцовой ткани, так что костная ткань рядом с имплантатом сможет расти здоровой.

При помощи высвобождения препаратов, а в некоторых случаях – при помощи высвобождения небольшого электрического заряда, можно избежать токсичности для здоровых клеток и провести более эффективное лечение».

Еще дальше в будущем, профессор Вебстер прогнозирует, что их нанотехнология сможет лечить злокачественные клетки, вводя химиотерапевтические лекарственные средства с большой точностью рядом или внутри опасных клеток.

Еще предстоит очень долгий путь для развития этой технологии. Но со временем, эта крошечная технология может привести к гигантской революции в здравоохранении.

Источник: http://farmamir.ru/2015/09/nanosensory-budushhee-diagnosticheskoj-mediciny/

10 впечатляющих примеров медицины будущего

Наносенсоры: будущее диагностической медицины?

Те из нас, кто значительную часть жизни прожил до рубежа веков, привыкли считать наш текущий период времени эдаким отдаленным будущим.

Раз уж мы выросли на фильма вроде «Бегущего по лезвию» (в котором действие происходит в 2019 году), нас как-то не очень впечатляет, каким оказывается будущее — во всяком случае с эстетической точки зрения. Да, летающих автомобилей, которые нам постоянно обещали, может не быть никогда.

Но в медицине, например, происходят настолько впечатляющие прорывы, что мы уже сейчас стоим на пороге практического бессмертия. И чем дальше в будущее, тем удивительнее перспективы этой сферы.

Замена суставов из биоматериалов

Технологии замены суставов и костей прошли долгий путь за последние десятилетия, части на пластиковой и керамической основе взяли верх над металлическими частями, а новейшее поколение искусственных костей и суставов заходит еще дальше: их будут делать из биоматериалов, чтобы они практически слились с телом.

Это стало возможным, конечно же, благодаря 3D-печати (к этой теме мы будем возвращаться неоднократно).

Хирурги главного госпиталя Саутгемптона в Великобритании изобрели технику, с помощью которой имплант бедра пожилого пациента удерживается на месте с помощью «клея», изготовленного из собственных стволовых клеток пациента.

Кроме того, профессор Университета Торонто Боб Пиллиар вывел процесс на новый уровень, создав импланты нового поколения, которые на самом деле имитируют кость человека.

Используя процесс, который связывает компонент кости на замену (с применением ультрафиолетового света) в невероятно сложные структуры с чрезвычайной точностью, Пиллиар и его команда создает крошечную сеть каналов и траншеек, по которым перевозятся питательные вещества в самом импланте.

Выращенные костные клетки пациента затем распределяются по этой сети, замыкая кость с имплантом. Со временем компонент искусственной кости растворяется, а выросшие естественным образом клетки и ткани сохраняют форму импланта.

Крошечный кардиостимулятор

С момента имплантации первого кардиостимулятора в 1958 году, эта технология, конечно, значительно улучшилась. Впрочем, после гигантских скачков в развитии в 1970-х, в середине 80-х все как-то застопорилось.

Компания Medtronic, которая создала первый кардиостимулятор, работающий на батарейке, выходит на рынок с устройством, которое может произвести такую же революцию в области кардиостимуляторов, как и ее первое устройство.

Оно размером с витаминку и не требует хирургического вмешательства.

Эта новая модель вводится через катетер в паху (!), крепится к сердцу маленькими зубцами и поставляет необходимые регулярные электрические импульсы.

В то время как обычные кардиостимуляторы, как правило, требуют сложного хирургического вмешательства, создания «кармашка» для устройства рядом с сердцем, крошечная версия существенно упрощает эту процедуру и снижает частоту осложнений на 50%: 96% пациентов не выявляли никаких признаков осложнений.

И хоть Medtronic вполне может быть первым на этом рынке (имея полученное одобрение FDA), другие крупные производители кардиостимуляторов разрабатывают конкурентные устройства и не собираются оставаться за пределами рынка, годовой объем которого составляет 3,6 миллиарда долларов. Medtronic начала разработку крошечных спасителей в 2009 году.

Глазной имплант от Google

Вездесущий провайдер поисковой системы и мировой гегемон Google, похоже, планирует интегрировать технологии в каждый аспект нашей жизни. Впрочем, стоит признать, что вместе с кучей хлама Google выдает на-гора и стоящие идеи. Одно из последних предложений Google может как изменить мир, так и превратить его в кошмар.

Проект, который известен как Google Contact Lens, представляет собой контактную линзу: имплантируясь в глаз, она заменяет естественный хрусталик глаза (который разрушается в этом процессе) и приспосабливается, исправляя плохое зрение.

Линза крепится к глазу с помощью того же материала, который используется при производстве мягких контактных линз, и имеет множество практических медицинских применений — вроде считывания кровяного давления пациентов с глаукомой, уровней глюкозы у пациентов с диабетом или беспроводного обновления с учетом ухудшений зрения пациента.

В теории, искусственный глаз Google может полностью восстановить зрение. Конечно, это еще не камера, которая имплантируется прямо вам в глаза, но поговаривают, что к этому все идет. Кроме того, непонятно, когда линза появится на рынке. Но патент был получен, а клинические испытания подтвердили возможность процедуры.

Искусственная кожа

За последние десятилетия достижения в области создания искусственной кожи явили нам существенный прогресс, но два недавних прорыва из совершенно разных областей могут открыть новые направления для исследований.

Ученый Роберт Лангер из Массачусетского технологического института разработал «вторую кожу», которую назвал XPL («сшитый полимерный слой»).

Невероятно тонкий материал имитирует упругую молодую кожу — этот эффект проявляется мгновенно при создании, но теряет силу примерно через день.

А вот профессор химии Чао Вонг из Калифорнийского университета в Риверсайде работает над еще более футуристическим полимерным материалом: который может самовосстанавливаться от повреждений при комнатной температуре и пронизан крошечными металлическими частицами, которые могут проводить электричество, для лучших измерений. Профессор уверяет, что не пытается создать кожу для супергеров, но признает, что является большим фанатом Росомахи и пытается привнести научную фантастику в настоящий мир.

Что примечательно, некоторые самовосстанавливающиеся материалы уже появились на рынке — например, самовосстанавливающееся покрытие телефона LG Flex, которое Вонг приводит в качестве примера возможного применения таких технологий в будущем. Короче говоря, этот чувак действительно пытается создать супергероев.

Импланты мозга, восстанавливающие двигательные способности

Двадцатичетырехлетний Ян Буркхарт пережил ужасную аварию в возрасте девятнадцати лет, которая парализовала его от груди до пальцев ног.

В течение последних двух лет он работал с докторами, которые настраивали и экспериментировали с устройством, имплантированным в его мозг — микрочипом, который считывает электрические импульсы мозга и переводит их в движение.

Хоть устройство и далеко от совершенства — его можно использовать только в лаборатории, когда имплант подключен к компьютеру с помощью рукава на руке — оно позволило пациенту свинтить крышку с бутылки и даже поиграть в видеоигру.

Ян признает, что может и не получить выгоду от этих технологий. Он делает это больше чтобы доказать возможность концепции и показать, что его конечности, разъединенные с мозгом, можно заново к нему подключить с помощью посторонних средств.

Впрочем, вполне вероятно, что его помощь хирургии головного мозга и эксперименты, которые проводят по три раза в неделю, окажут огромную поддержку в продвижении этой технологии для будущих поколений. Хотя подобные процедуры использовались для частичного восстановления движений обезьян, это первый пример успешного преодоления нервного разъединения, которое вызывает паралич у человека.

Биоабсорбируемые трансплантаты

Стенты — сетчатые полимерные трубки, которые вставляются хирургическим путем в артерии, препятствуя их блокированию — сущее зло, которое приводит к осложнениям у пациента и демонстрируют умеренную эффективность. Потенциал осложнений, особенно у молодых пациентов, делает результаты недавнего исследования с участием биоабсорбируемых сосудистых трансплантатов весьма перспективными.

Процедура называется эндогенное восстановление тканей.

Давайте простыми словами: в случае с молодыми пациентами, которые родились без некоторых необходимых соединений в сердце, врачи смогли создать эти соединения, используя продвинутый материал, который выступает в качестве «лесов», позволяя телу копировать его структуру с помощью органических материалов, а сам имплант впоследствии растворяется. Исследование было ограниченным, с участием всего пятерых молодых пациентов. Но все пятеро выздоровели без каких-либо осложнений.

Хотя эта концепция не нова, новый материал (состоящий из «супрамолекулярных биоабсорбируемых полимеров, изготовленных с использованием проприетарной технологии электропрядения») представляет собой важный шаг вперед. Стенты предыдущего поколения состояли из других полимеров и даже металлических сплавов и выдавали смешанные результаты, что привело к медленному принятию этого метода лечения во всем мире.

Хрящ из биостекла

Еще одна 3D-печатная полимерная конструкция может произвести революцию в методах лечения весьма изнурительных заболеваний. Группа ученых из Имперского колледжа Лондона и Университета Милано-Бикокка создали материал, который назвали «биостеклом»: комбинацию кремний-полимера, имеющую прочные и гибкие свойства хряща.

Биостеклянные импланты напоминают стенты, о которых мы говорили выше, но делаются из совершенно другого материала для совершенно другого применения. Одним из предложенных использований таких имплантов является выстраивание лесов для поощрения естественного выращивания хряща. Также они обладают саморегенерацией и могут восстанавливаться, если связи будут разорваны.

Несмотря на то, что первым испытанием метода будет замена межпозвоночного диска, другая — постоянная — версия импланта находится в стадии разработки для лечения травм колена и других травм в районах, где хрящ уже не отрастить. 3D-печать делает импланты более дешевыми и доступными в производстве и еще более функциональными, чем другие импланты этого типа, которые доступны нам в настоящее время и, как правило, выращиваются в лаборатории.

Самовосстанавливающиеся полимерные мышцы

Чтобы не отставать от коллег, стэнфордский химик Ченг-Хи Ли в поте лица работает над материалом, который может быть строительным блоком для фактической искусственной мышцы, которая может превзойти в качествах наши хилые мускулы. Его соединение — подозрительно органическое соединение кремния, азота, кислорода и углерода — способно растягиваться до 40-кратной своей длины, а после возвращаться в нормальное положение.

Также оно может восстанавливаться от проколов за 72 часа и заново закрепляться после разрывов, вызванных железной «солью» в компоненте. Правда, для этого части мышцы нужно поместить рядом. Куски пока не ползут друг к другу. Пока.

На текущий момент единственным слабым местом этого прототипа является его ограниченной электропроводность: при воздействии электрического поля вещество увеличивается всего на 2%, в то время как настоящие мышцы — на 40%. Это должно быть преодолено в кратчайшие сроки — и тогда Ли, ученые с биостеклянными хрящами и доктор Росомаха смогут собраться вместе и обсудить, что делать дальше.

Призрак сердца

Этот метод, который изобрел Дорис Тейлор, директор регенеративной медицины в Техасском институте сердца, не сильно отличается от упомянутых выше 3D-печатных биополимеров и прочего. Метод, который доктор Тейлор уже продемонстрировал на животных — и готов продемонстрировать на людях — совершенно фантастический.

Если коротко, сердце животного — свиньи, например — замачивается в химической ванне, которая разрушает и высасывает все клетки, кроме белка. Остается пустой «призрак сердца», который затем можно наполнить собственными стволовыми клетками пациента.

Как только необходимый биологический материал оказывается на месте, сердце подключается к устройству, которое заменяет искусственную систему кровообращения и легкие («биореактор»), пока не станет функционировать как орган и его можно будет пересадить пациенту. Этот метод Тейлор успешно продемонстрировал на крысах и свиньях.

Этот же метод имел успех и с менее сложными органами вроде мочевого пузыря и трахеи. Впрочем, процесс далек от совершенства, но когда его достигнет, очереди пациентов, ожидающих сердца для пересадки, могут прекратиться полностью.

Инъекция мозговой сети

Наконец у нас есть передовая технология, способная быстро, просто и совершенно опутать мозг сетью с помощью одной инъекции. Исследователи из Гарвардского университета разработали электропроводящую полимерную сеть, которая буквально впрыскивается в мозг, где проникает в его закоулки и сливается с веществом мозга.

Пока что сеть, состоящая из 16 электрических элементов, была пересажена в мозг двух мышей на пять недель без иммунного отторжения.

Исследователи предсказывают, что крупномасштабное устройство такого плана, состоящее из сотен подобных элементов, может активно контролировать мозг до каждого отдельного нейрона в ближайшем будущем и пригодится при лечении неврологических расстройств вроде болезни Паркинсона и инсульта.

В конце концов, это исследование может привести ученых к более глубокому пониманию высших когнитивных функций, эмоций и других функций мозга, которые в настоящее время остаются непонятными.

Пожалуйста, оцените статью:

Источник: http://www.NanoNewsNet.ru/articles/2016/10-vpechatlyayushchikh-primerov-meditsiny-budushchego

Поделиться:
    Нет комментариев

      Добавить комментарий

      Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.