Главная » Новости » Ученые разработали «умную» нить для диагностики

Ученые разработали «умную» нить для диагностики

Ученые разработали «умную» нить для диагностики

Источник фото

Ученые из университета Тафтса провели интересный эксперимент – они внедрили нано-датчики в разнообразные нити. Подопытными волокнами стали разные материалы, начиная от хлопка и заканчивая высокотехнологической синтетикой.

Такая технология позволит проводить диагностику живых объектов и передавать информацию о них по беспроводной Сети на компьютер. Подобное изобретение – шаг вперед в области создания носимых систем электроники и устройств для диагностики.

Первый удачный эксперимент по внедрению такой нити в организм живого существа был проведен на мышах. Ученые зашивали животным раны «умными» нитями и благодаря внедрению нано-датчиков удалось снять такие показания, как температура тела, давление, напряжение, уровень и направленность деформации, уровень кислотности крови и количество глюкозы в ней.

Это первичные результаты, но исследователи уверены в том, что такие нити совместимы с тканями человека и в будущем помогут врачам при лечении различных заболеваний.

Содержание:

Технология TrAP и заживление ран

Такие материалы, как коллаген, довольно часто используются в заживлении ран. Например, коллагеновые губки лечат ожоги, а коллагеновые имплантаты помогают костям восстанавливаться.

Но как коллаген взаимодействует с тканью? В так называемых каркасах имплантов клетки проходят через структуру коллагена, вытягивая каркас вместе с ними. Это запускает заживляющие белки, которые помогают ткани восстанавливаться.

В новом исследовании, Альмквист и его команда разработали молекулы TrAP, чтобы воссоздать этот естественный процесс. Ученые «свернули» нити ДНК в аптамеры, которые представляют собой трехмерные формы, легко связывающиеся с белками.

Затем они разработали «ручку» для захвата клеток. Они прикрепили клетки к одному концу рукоятки, а коллагеновые каркасы к другому концу.

Ученые объясняют, что эта техника воссоздает процессы исцеления, существующие во всем мире природы. «Использование клеточных движений для активизации лечения встречается у всех организмов, начиная от морских губок и заканчивая людьми», — говорит Алмквист.

«Наш подход имитирует эти процессы и активно работает с различными типами «нужных» клеток, которые со временем попадают в нашу поврежденную ткань, чтобы способствовать заживлению», — добавляет он.

«Новое поколение» лечебных материалов

Исследование также показало, что тонкая настройка клеточного маркера может изменять тип клеток, которые могут прикрепляться к TrAP и удерживать их.

В свою очередь, это позволяет TrAP высвобождать персонализированные регенеративные белки на основе клеток, прикрепленных к ручке.

Эта приспособляемость к различным типам клеток означает, что метод может применяться к разнообразным ранам — от переломов костей до травм рубцовой ткани, вызванных сердечными приступами, и до повреждения нервов при диабетических язвах.

Аптамеры уже одобрены в качестве лекарств для клинического применения. Это может означать, что метод TrAP может стать широко доступным совсем скоро.

«Технология TrAP обеспечивает гибкий метод создания материалов, которые активно взаимодействуют с раной, и предоставляет ключевые инструкции, когда и где эти материалы необходимы», — объясняет Алмквист.

Исследователь приходит к выводу, что «его технология способна служить проводником заживления ран, со временем организуя различные клетки для совместной работы над исцелением поврежденных тканей».

«Наша технология может помочь запустить новое поколение материалов, которые активно работают с тканями для стимулирования заживления».

Бен Алмквист, доктор философии

Что “умного” продают уже сегодня

Пока рано говорить о прорыве и массовом выпуске умной одежды. Однако в лимитированных сериях отдельные бренды и их коллаборации выводят на рынок подобие смарт вещей. Они уже не напичканы проводами и диодами. Некоторые — даже пригодны к стирке. Самая «известная» одежда будущего выглядят так.

Tech-обувь и одежда будущего для спорта

Производители спортивной одежды и обуви первыми обратили внимание на ученых, которые разрабатывают умные ткани и носимые технологии.

Мода следить за здоровьем и массовое увлечение ЗОЖ привело к тому, что чипы и датчики стали частью кроссовок и кед. Причем многие из них носят известные имена, к примеру, Xiaomi.

Конечно, tech-гиганты не шьют ничего. Для этого они объединяются с производителями обуви. В случае с китайским tech-гигантом партнером стала компания Li-Ning, а затем — Chengdu Yibu Technology Co. С ними Xiaomi выпустил линии бюджетных кед и кроссовок.  

“IQ” умной обуви разных брендов отличается. Одни добавляют антибактериальную стельку или модернизируют подошву, а потом добавляют линейке приставку “smart”. Другие внедряют чипы, которые передают инфо о тренировках в приложение. Но есть действительно “шедевры”: кеды-смартфон со шнурками-наушниками от американского оператора связи T-Mobile.

Узнать подробнее

Одежда будущего вместо фитнес-трекеров настоящего

После массового помешательства на фитнес-трекерах, пришел черед умной спортивной одежды. В умный бюстгальтер канадской компании OMsignal уже встроены датчики, которые мониторят сердцебиение и дыхание.

Reebok создал спортивный бра с применением технологии НАСА. Его чашечки меняют плотность в зависимости от интенсивности нагрузки.

Еще одна важная разработка не только для спорта, но и для людей, которым нужно постоянно отслеживать состояние сердца — это умная рубашка. Кроме привычного набора функций фитнес-трекера, она делает… электрокардиографию (ЭКГ). Эта вещь — результат усилий сразу трех организаций:

  • Агентство по науке, технологиям и исследованиям (A * Star);

  • стартап KaHa, который «ас» в разработке умной одежды;

  • текстильная компания Tex Line.

Узнать подробнее

Автопроизводители “подсели” на носимые технологии

Гигант автопрома, Ford, объединился с брендом “вело”-одежды Lumo и “гуру” мобильных приложений Tome. Результат их сотрудничества — умная куртка для велосипедистов.

Основная ее задача — безопасность и максимальная видимость владельца. Поэтому вещь оснастили поворотниками, стоп-сигналами, GPS-картами, которые проложат самый быстрый маршрут с учетом пробок. Разработкой уже заинтересовались курьерские службы.

Узнать подробнее

Apple делает ставку на носимые технологии для здоровья

Рынок носимых технологий привлек американского tech-гиганта Apple. Однако его разработки направлены на то, чтобы облегчить жизнь людям с особыми потребностями.

К примеру, в конце июня Apple подала документы в патентное ведомство на разработку необычного гаджета. Он должен помочь глухим и слепым лучше ориентироваться в пространстве.

Узнать подробнее

Умная ткань зарабатывает деньги владельцу

Две девушки из Бруклина создали ткань, которая греет человека, а еще — зарабатывает ему деньги.

Электроника отслеживает, как долго человек носит вещь. Она также “знает”, сколько раз стирали изделие, при какой температуре носили и так далее. За такую статистику модные бренды готовы выложить кругленькую сумму. Ведь они годами собирают подобные данные через различные опросы, но они зачастую не являются достоверными.

Важно, что “статистикой” одежды распоряжается сам человек. При желании он может продать эти данные компаниям за местную криптовалюту.

Вся система будет работать по блокчейну. Ранее мы рассмотрели ДНК blochchain и показали самые популярные отрасли, где будут использовать цепочку блоков.

Узнать подробнее

Что тормозит рынок умной одежды

Аналитическая компания Juniper Research прогнозирует, что сегмент умной одежды — станет самым “скоростным” на рынке носимой электроники. К 2020 году его объем продаж достигнет 1 млрд долларов. Пока же громоздкий дизайн и слабая износоустойчивость — главные препятствия на пути к быстрому развитию отрасли.

Впрочем, ученые активно работают над тем, чтобы их обойти. К примеру, сейчас они создают ткань, которая изначально мониторит сердцебиение, а не встраивают электронику в готовое изделие. Если хотят, чтобы материал светился, — на нити наносят специальное вещество.

В планах — встроенный в ткань аккумулятор, которые заряжается от движения человека.

Исследователи уже нашли “полезное” применение новинке. Ее хотят использовать в спецодежде пожарных. Такая ткань не только защищает от огня, но и передает данные о здоровье и окружающей среде в специальный центр. Зная их, можно принимать решение о дальнейших действиях спасателей.

Узнать подробности

Умный текстиль: самые “громкие” инновации последнего года

Исследовательская компания «Cientifica» оценила потенциал рынка смарт тканей в 130 млрд долларов. Именно столько он будет стоить к 2025 году.

Предприятия легкой промышленности уже инвестируют в разработки. Некоторые даже создают собственные лаборатории. Издание industryeurope.com собрало основные “навыки”, которыми уже обладает умная ткань.

Узнать подробнее

Костюм-экзоскелет от Seismic

Компания принадлежит некоммерческому исследовательскому центру SRI International. Она разработала костюм из умной ткани. Его главная задача — помогать ходить. Такой костюм очень ждут пожилые люди и инвалиды.

В местах, покрывающих суставы, вживлены микродвигатели, которые работают подобно мышцам человека. Seismic сняла промо-ролик о том, как создают такую одежду и что она может.

Разработчики обещают, что в продажу костюм-экзоскелет поступит уже к концу 2018 года.

Узнать подробнее

Ткань с “переключателем” тепла

Действительно, природа совершенна и в ней есть все. Следующее открытие в который раз подтверждает это.

Морской кальмар вдохновил ученых на создание ткани с “переключателем” тепла. Когда тело нагревается, включается режим охлаждения. Если же температура падает, ткань становится “термосом” и держит тепло.

Производитель спортивной одежды, который первым освоит технологию, получит “любовь клиентов”. На глобальном уровне открытие приведет к снижению выбросов парниковых газов. Ведь 80% из них – результат производства полиэфирных тканей и шерсти.

Интересно, что технологию можно использовать и для производства саморегулируемых бытовых приборов. Что же тормозит внедрение супер-метода?

Узнать подробнее

Одежда будущего вместо зарядного устройства

Ученые создали ткань, от которой можно заряжать гаджеты. Этого удалось достичь благодаря карбоновым нанотрубкам. Их “вплетают” в текстиль.

Кроме легкой промышленности материалом заинтересовались в автомобиле- и самолетостроении. Он облегчит транспортные средства, сэкономив таким образом топливо.

Также дальнейших исследований ждут медики. Дело в том, что с помощью такой нанотрубки можно лечить даже онкозаболевания. Для этого “подсадить” к материалу молекулу, которая запрограммирует опухоль на саморазрушение.

Пока рано говорить о массовом внедрении материала. Причина — его дорого создавать, а токсичность все еще не изучена.

Узнать подробнее

У спасателей США будет “умная униформа”

В США от мечтаний об умной одежде уже переходят к действиям. Правда, в секторе защиты. Отдел национальной безопасности США выделил почти 200 тысяч долларов компании Protect the Force. Она будет разрабатывать фотоэлектрическую ткань, которая буквально вырабатывает электроэнергию и потом заряжает необходимые устройства. Униформу будут использовать сотрудники неотложных служб.

Узнать подробнее

Бренды и smart одежда

Модная индустрия вплотную приблизилась к тренду. Ниже — несколько примеров IQ-одежды, которые попали в массы. Конечно, это лишь отдаленно напоминает действительно умные вещи. Но все же, начало есть. 

Tommy Hilfiger

Американский бренд Tommy Hilfiger в июле 2018 года создал коллекцию одежды с bluetooth-датчиками. Она отслеживает, сколько времени человек носит вещь. Затем синхронизируется с приложением iOS и начисляет баллы. Их можно обменять на обновки бренда.

Новость произвела фурор, ведь это первый производитель, сделавший подобное. Софт и чипы разработала израильская компания Awear Solution.

Узнать подробнее

Китайский производитель создал unisex-куртку с подогревом. Чтобы активировать режим подогрева, достаточно лишь нажать кнопку. Идея — не нова и абсолютно предсказуема. Однако, Xiaomi во всем этом выделяет то, что умная вещь станет массовой и вполне доступной по цене. Разработчики обещают стоимость в 79 долларов.

Продажи должны были стартовать с 15 октября. Однако на момент написания статьи, на youpin.mi.com продукт не был доступен к заказу. Позже на сайте появилась информация, что поставки по предзаказу начнутся с 20 ноября 2018 года. Кроме того появились два варианта куртки — в черном и белом цветах.

Узнать подробнее

Zozosuit

Японский миллиардер Юсаку Маэдзава создал умный костюм. Однако его задача — не удовлетворять эстетический вкус или служить защитой. Он предназначен для… измерения тела. 350 датчиков полностью сканируют фигуру, отправляют данные на смартфон, а затем — предлагают подходящую вещь. Костюм клиентам компания предоставляет бесплатно. И у основателя бренда очень амбициозные планы — подарить его каждому жителю планеты.

У Zozo нет понятия размеров или ростовки. И это полностью меняет представление о том, каким должен быть шопинг.

Узнать подробнее

Умный бюстгальтер для диагностики ранних стадий онко

У смарт тканей — огромные перспективы в медицине. Мексиканский стартап Higia Technologies в августе 2018-го привлек 120 тысяч долларов. Основателю компании — всего 19 лет. И деньги ему нужны, чтобы вывести бра-диагностик на мировой рынок.

Особенность гаджета-белья в том, что он определяет рак на ранних стадиях. Часто его не выявляют обычные обследования. Чтобы использовать девайс, нужно вставить “чашечки” в спортивный бра. Подождать час. За это время мобильное приложение проанализирует данные и выдаст результат.

Уже в октябре должны начаться испытания. Компания хочет получить одобрение FDA. А затем запустить продукт для домашнего использования.

Узнать подробнее

Что знает о вас одежда будущего

В большинстве своем умная одежда для передачи данных в приложение использует технологию Bluetooth. А она — одна из самых уязвимых.

Эксперты рассказали, какие именно данные собирает одежда будущего, а также — как минимизировать “вторжение извне”.

Узнать подробнее

Резюме. Одежда будущего — очень перспективное направление для инвестиций. Однако важно понимать: для достижения результата придется подождать. В целом сегмент умной одежды можно разделить на несколько категорий.

  • Защитная. Униформа, которая не горит, передает данные, заряжает приборы и так далее.

  • Комфортная. Универсальные вещи, которые контролируют температуру тела, воздействие ультрафиолета и физические показатели (для спортивной одежды).

  • Мода. Меняет цвет, светится, регулирует температуру — вот самые привлекательные аспекты в сегменте.

  • Смарт. Одежда будущего со временем «вытеснит» смартфон. Она открывает замки, оплачивает счета, «знает» дорогу, с нее можно позвонить, отправить sms, сообщить о местоположении и так далее. Самое слабое место этого сегмента — безопасность данных. Одежду будет знать о вас буквально все. А несанкционированное вмешательство может нанести огромный вред.

  • Медицина. Технологии умной одежды очень ждут в медицине. В этот же раздел отнесем костюмы, которые помогают ходить, перчатки для глухонемых, различные “носимые” гаджеты для незрячих.

Важно понимать, что инвестиции в подобные разработки — одни из самых рискованных. Однако и доходность в случае успеха превысит все ожидания. Наиболее “мягкое” направление с точки зрения инвестиций — это спортивная одежда будущего. 

Поэтому выбирайте направление и уже через 5-10 лет можете занять нишу на многомиллиардном ClothTech-рынке.

Наталья Найдюк

Как спасти свои деньги в 2019, когда все будут их терять

Как сохранить и приумножить деньги в трудные времена

Пассивный доход с инвестиций в облигации

УЗНАТЬ ПОДРОБНЕЕ

Ретинопатия

Ретинопатией называют поражение сетчатки глаза, которое может быть вызвано рядом различных причин. В любом случае, повреждения появляются из-за плохого кровоснабжения. Это могут спровоцировать сосудистые нарушения, такие как гипертоническая болезнь, и сахарный диабет. У младенцев главным фактором риска является недоношенность, из-за которой они имеют слишком низкую массу тела, различные патологии, а также слишком долгий срок кислородотерапии. Кислород неблагоприятно воздействует на ткани глаза, заставляя сосуды сетчатки активно расти. Сильный рост оказывает лишь негативный эффект.

Ретинопатия в конечном итоге приводит к ухудшению или полной потере зрения. Лечится медикаментозно или хирургическим путем. Последний вариант, к сожалению, часто дает отрицательный результат – человек так и не восстанавливает зрение, даже если операция была проведена успешно.

Новый метод диагностики

Ретинопатию может диагностировать опытный врач при помощи простого осмотра. Исследователи решили автоматизировать и улучшить этот процесс. Для этого они применили метод машинного обучения, называемый сверточной нейросетью. Он нацелен на распознавание изображений и использует некоторые особенности зрительной коры головного мозга человека. Алгоритм обучали на 5511 изображении сетчатки глаза младенцев в различном состоянии. Там были как здоровые образцы, так и пораженные ретинопатией. Нейросеть в 94% смогла определить здоровый глаз, и в 98% – больной.

Чтобы понять, насколько целесообразно использование данного метода, ученые сравнили машинные результаты с диагностикой профессиональных врачей, специализирующихся на заболевании. Оказалось, что в точности они превзошли заключения 6 из 8 специалистов.  

Широкое применение нейросетей в диагностике ретинопатии поможет свести вероятность ошибок к минимуму и снимет лишнюю нагрузку с квалифицированных врачей.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Диагностируй это: искусственный интеллект

Успех лечения во многом зависит от быстрой и безошибочной диагностики: для этого врачу нужно накопить немало практического опыта и быть в курсе актуальных научных работ в своей области. Но каждый месяц в печати появляется множество новых исследований и описаний клинических случаев — где найти время, чтобы изучить все это? Здесь на помощь людям приходят компьютеры, способные обрабатывать огромные объемы информации за секунды.

Сегодня алгоритмы анализа медицинских данных создают крупнейшие корпорации, в том числе Microsoft, IBM и Google. Чаще всего в основе их разработок лежат различные формы самообучающегося искусственного интеллекта, способные отыскивать закономерности в больших наборах данных, например томограмм мозга или снимков подозрительных новообразований на коже. Такие алгоритмы обучаются с помощью библиотек из тысяч примеров, где за каждым изображением закреплен диагноз, поставленный квалифицированным врачом.

Нейросети уже научились выявлять многие заболевания так же эффективно, как люди, а в некоторых случаях им даже удается превзойти специалистов.

Анализировать множество снимков позволяют сверточные нейронные сети (convolutional neural networks, CNN). Это глубокие (многослойные) структуры, в которых каждый искусственный нейрон получает лишь небольшой фрагмент выходных данных предыдущего уровня. Постепенно сеть обобщает локальные признаки, воссоздавая полную картину. Сопоставив все данные, CNN может распознавать различные детали на исходном изображении, в том числе характерные элементы, на основе которых врачи ставят диагноз.

В 2017 году в Стэнфорде создали сверточную нейросеть CheXNet, которая способна вычислить пневмонию по рентгеновскому снимку грудной клетки не хуже врача. CheXNet обучали, используя подборку из 112 120 снимков, предоставленных 30 805 пациентами: каждое изображение снабдили данными о наличии или отсутствии у пациента 14 заболеваний легких, включая пневмонию. 420 снимков из подборки показали практикующим врачам со стажем от 4 до 28 лет: выяснилось, что алгоритм не уступал людям в эффективности диагностики. Впрочем, в распоряжении докторов не было снимков с других ракурсов и данных об истории болезни, так что эксперимент все-таки нельзя считать чистым.

Весной 2018 года другой сверточной нейросети удалось превзойти дерматологов в диагностике меланомы по фотографии. Отличить безобидную родинку от зарождающейся опухоли можно по нескольким признакам: асимметричности, неровным краям и неоднородности цвета. Для обучения алгоритма использовали базу из ста тысяч снимков новообразований на коже. Тест разбили на два этапа: на первом и нейросеть, и дерматологи ставили диагноз только на основе фото, на втором врачам открыли доступ к дополнительной информации о пациентах (возрасту, полу и данным о том, на какой части тела расположена необычная родинка). Изначально программа верно определяла меланому в 95 % случаев, врачи — в 86,6 %. На втором этапе средняя точность диагнозов у людей поднялась до 89 %, но даже опытные дерматологи ошибались чаще, чем нейросеть.

Большинство экспертов сходятся во мнении, что ИИ (пока) не в силах по-настоящему заменить врачей. На стороне человека — опыт и способность искать нестандартные решения.

Многие специалисты считают, что сравнивать работу искусственного интеллекта и врача вообще не нужно, они действуют по-разному и достигают разных результатов.

Растущая точность нейросетей может сделать искусственный интеллект надежным помощником, который возьмет на себя рутинный труд, например анализ многочисленных снимков или данных носимых устройств.

Мистер робот: роботизированная хирургия

Пожалуй, одно из самых «футуристичных» направлений современной медицины — робот-ассистированные хирургические операции. Кажется, что от автоматических хирургов один шаг до зарождения «Скайнет» и восстания машин, но на деле все не так страшно. Современные роботы такого типа — высокоточные инструменты, позволяющие проводить сложные операции, однако ведущая роль в этих процедурах по-прежнему принадлежит врачам.

Роботы-хирурги, то есть приборы с операционными микроскопами и «руками»-манипуляторами, — важный этап совершенствования малоинвазивных операций. В отличие от традиционных открытых процедур такие вмешательства проводят через минимальные надрезы и проколы либо через физиологические отверстия тела. Это снижает потерю крови, уменьшает риск многих осложнений, в том числе образования спаек, и делает некоторые процедуры не такими болезненными. Применение роботов добавляет к этому списку и другие достоинства: отсутствие риска заражения для врача и возможность детально рассмотреть место вмешательства.

Хирургические роботы проводят все более и более сложные операции: например, весной 2018 года с помощью манипуляторов удалось вырезать злокачественную опухоль из шейного отдела позвоночника пациента. Малейшая ошибка могла вызвать нарушения моторики или даже паралич, но роборуки сработали безукоризненно. Недавно было опубликовано первое исследование применения роботов в микрохирургии сетчатки — все упомянутые там операции прошли удачно, и некоторые процедуры с использованием манипуляторов оказались даже эффективнее традиционных.

Появятся ли такие устройства в каждой операционной будущего? Не факт.

В 2017 году эксперты из Имперского колледжа Лондона усомнились в необходимости хирургических роботов для большинства британских больниц.

Врачи проанализировали несколько современных исследований и обзоров, посвященных роботизированной хирургии, и заключили, что результаты процедур с использованием устройств-помощников сопоставимы с итогами привычных лапароскопических операций. Роботизированные вмешательства часто подвергают пациентов практически той же степени риска, и при этом обходятся недешево — использование устройства прибавляло к стоимости операции в среднем около 1600 долларов.

Американские исследователи пришли к похожим выводам после анализа результатов более 23 тысяч малоинвазивных операций по удалению почки (около пяти тысяч из них провели с помощью хирургических роботов). Частота осложнений оказалась примерно одинаковой, но роботизированные операции длились значительно дольше, разница во многих случаях измерялась часами.

Авторы другой работы рассмотрели около 470 случаев пациентов с ректальными опухолями: процедуры с участием автоматического «хирурга» длились в среднем на 37 минут дольше. Естественно, расходы на такие операции тоже росли: роботы требуют технического обслуживания и дополнительного пространства. Впрочем, робот-ассистированная хирургия — сравнительно молодая область, и ситуация может измениться к лучшему. Возможно, по мере роста популярности таких устройств цены начнут снижаться: первые компьютеры тоже стоили огромных денег.

Меньше, еще меньше: микро- и нанороботы

Пока врачи сомневаются в необходимости объемных и дорогих хирургических устройств, биоинженеры собирают роботов, неразличимых невооруженным глазом. Технология, позволяющая собирать мельчайшие структуры для работы внутри организма, известна как ДНК-оригами.

ДНК-оригами — это конструирование двух- и трехмерных структур из нуклеиновой кислоты. Каркасом будущей фигуры становится одноцепочечная молекула ДНК, нужную форму ей придают с помощью более коротких комплементарных цепей, которые называют «ДНК-скрепками». Таким образом можно собрать самые разные фигуры: от знаменитых двухмерных смайликов до сложных медицинских нанороботов.

Например, в феврале 2018 года китайские исследователи опубликовали статью о ДНК-структурах, позволяющих в прямом смысле задушить опухоль, лишив ее кислорода.

Робот собирается из плоского ДНК-«листа», на котором располагают молекулы тромбина — фермента, участвующего в процессе свертывания крови. С помощью «скрепок» лист сворачивают в трубку так, чтобы тромбин оказался внутри. Когда ДНК связывается с белком нуклеолином, находящимся на поверхности клеток опухоли, трубка разворачивается, выпуская тромбин. Кровь в ближайших к опухоли сосудах густеет и образует пробку, не пропускающую снаружи кислород и питательные вещества — без них новообразование растет медленнее. Такие ДНК-конверты предлагают использовать и для доставки других типов лекарств.

Кровь — не единственная биологическая жидкость, в которую исследователи запускают микроскопические медицинские устройства. Еще одна среда, в которой микрогаджеты смогут освоиться в будущем, — сперма. Такие технологии придут на помощь мужчинам, страдающим бесплодием из-за астенозооспермии, то есть недостатка подвижности половых клеток. В 2016 году команда немецких ученых представила миниатюрные «двигатели» для медленных сперматозоидов. Крохотная полимерная спираль, покрытая металлом, обвивает хвост сперматозоида и приводится в движение с помощью вращающегося магнитного поля, подталкивая его в направлении яйцеклетки. Пока создан только прототип технологии, и его постоянно дорабатывают: испытания с участием людей начнутся не раньше, чем через несколько лет.

«Спермаботы» помогут не только при бесплодии, их также предлагают использовать и для быстрой и точной доставки лекарств.

Некоторые препараты (например, высокотоксичные средства против опухолей) не оставляют права на ошибку: попав в здоровые клетки, они легко могут навредить. Сперматозоиды — идеальные «курьеры» для терапии опухолей женских репродуктивных органов: они отлично приспособлены к движению во влагалище и в области шейки матки. Для доставки лекарств к таким новообразованиям та же группа исследователей из Германии разработала миниатюрные цилиндрические «чехлы» для сперматозоидов, покрытые тонким слоем железа. Двигаются устройства также с помощью магнитного поля, на «носу» у цилиндров разместили раскрывающиеся мини-контейнеры с антибиотиком доксорубицином. Испытания в лабораторных условиях прошли успешно, но тесты с участием людей тоже начнутся нескоро.

Работа для Шерлока: CRISPR-диагностика

Технологии, основанные на применении CRISPR (регулярно сгруппированных кластеров коротких палиндромных повторов, разделенных уникальными последовательностями-спейсерами), обещают настоящую революцию в медицине. Система CRISPR/Cas9 позволит редактировать геном, очищая его от мутаций, которые приводят к развитию многих заболеваний. На лабораторных животных или клеточных культурах уже испытали методики терапии серповидноклеточной анемии, миодистрофии Дюшенна и катаракты.

CRISPR-технологии способны не только устранять причины заболеваний, но и выявлять болезни, например отыскивать следы ДНК или РНК возбудителей инфекций.

Если в связи с терапией чаще всего упоминают CRISPR-ассоциированный белок Cas9, то «диагностами» обычно становятся другие белки: Cas12a и Cas13a.

В 2017 году исследователи из MIT представили технологию диагностики, получившую название SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing). Она использует фермент Cas13a, способный распознавать специфические последовательности РНК и разрезать похожие нити РНК, находящиеся поблизости, полностью уничтожая подозрительный объект. Как и книжный Шерлок Холмс, медицинский SHERLOCK способен воссоздать полную картину событий по мельчайшим уликам: технология работает с аттомолярными (10–18 моль на литр) концентрациями нуклеиновых кислот. Метод испытали на лентивирусах, содержащих фрагменты вируса лихорадки денге и вируса Зика: SHERLOCK смог обнаружить частицы патогенов и отличить их друг от друга при концентрации не более двух аттомоль.

В процессе испытаний выяснилось, что реактивы для диагностики с помощью SHERLOCK можно высушивать, а затем восстанавливать, при этом чувствительность метода падает ненамного. Для портативных тестов предлагают использовать стекловолокнистую бумагу. Авторы разработки считают, что одна тест-система обойдется примерно в 61 цент.

Над созданием наборов для CRISPR-обследований в домашних условиях работают и другие исследователи. Недавно разработки в этой области начала Дженнифер Дудна — одна из пионеров медицинской CRISPR-революции. Ее команда создала метод под названием DETECTR (DNA endonuclease-targeted CRISPR trans reporter), использующий белок Cas12a. Он находит определенные последовательности ДНК и разрезает ближайшие добавленные в образец репортерные молекулы нуклеиновой кислоты с флуоресцентной меткой, подавая сигнал. Таким образом можно обнаружить следы возбудителей многих заболеваний, включая разные штаммы вируса гриппа.

По словам создателей таких тест-систем, CRISPR-анализ займет не дольше нескольких часов, а результаты можно будет получить через интернет. Впрочем, когда такие наборы появятся в открытой продаже, пока неизвестно.

Это иллюзия: виртуальная реальность

О виртуальной реальности чаще говорят в контексте компьютерных игр и «объемного кино», но у технологии есть потенциал и в медицине, причем не в самых очевидных областях. Например, VR эффективно используют в качестве обезболивающего.

В ожоговом отделении больницы Университета Лойолы в Иллинойсе такой подход начали применять еще десять лет назад: во время болезненных процедур пациенты госпиталя играют в симулятор SnowWorld.

Действие разворачивается на фоне полуфантастических северных пейзажей со множеством сугробов и замерзших рек, задача героя — играть в снежки с полярными медведями, пингвинами и снеговиками. Чтобы пройти все уровни, пациент поневоле сосредотачивается на головоломке и отвлекается от физических ощущений. Результаты МРТ-обследований мозга показали, что SnowWorld действительно смягчает восприятие боли, поэтому пациенту требуется меньше сильных обезболивающих средств, которые могут навредить организму.

VR заменяет или дополняет болеутоляющие во многих сферах медицины. Технологию используют, чтобы облегчить боли при родах и во время стоматологических процедур. Обезболивающие свойства виртуальной реальности особенно актуальны в свете «опиоидного кризиса» в США — его связывают с ростом популярности рецептурных обезболивающих (например, оксиконтина и викодина) в последние десятилетия.

VR работает не только при физической боли: она способна победить и психологическую травму. Первые эксперименты прошли в конце 1990-х, тогда психологу Барбаре Ротбаум удалось облегчить симптомы посттравматического стрессового расстройства у ветеранов Вьетнама при помощи виртуальных моделей кабины вертолета и поляны в азиатских джунглях. Эта методика дополняла экспозиционную терапию — постепенное «приближение» к травмирующим воспоминаниям, которых сознание пациента старается избегать. Похожая схема работает при лечении тревожных расстройств и фобий с помощью виртуальной реальности. Технология помогает справиться с аэрофобией и боязнью публичных выступлений: смоделированная среда дает возможность многократно «репетировать» пугающую ситуацию.

Минусы VR-терапии — сравнительно высокая стоимость оборудования и потенциальная физиологическая непереносимость виртуальной реальности.

Некоторые участники испытаний новых методов лечения сталкивались с VR-«тошнотой» (virtual reality sickness), при ней возникают те же симптомы, что и при укачивании в машине или морской болезни. Согласно распространенным гипотезам, оба расстройства возникают из-за нарушений работы рецепторов вестибулярного аппарата или конфликта между сигналами, поступающими от вестибулярного аппарата и органов зрения.

Разработчики уже создали несколько методов, способных уменьшить VR-«тошноту». Например, на экране можно размещать неподвижный объект, который глаза пользователя будут фиксировать постоянно. Авторы технологии Nasum Virtualis предлагают использовать в качестве точки отсчета виртуальное изображение носа, размещенное в центре экрана. Глаза игрока воспринимают его как собственный нос, поэтому ощущение тошноты и головокружения отступает.