Лише десяток років тому неможливо було уявити, що хірургічне втручання буде використовуватися при наданні невідкладної медичної допомоги, при інсультах та інфарктах міокарда. Але технології досягли такого рівня, що за допомогою мікрохірургії пацієнт може отримати швидку та якісну медичну допомогу і вже за декілька днів залишити медичний заклад.
Сьогодні медицина стоїть на межі впровадження декількох захопливих технічних інновацій. Нові мініатюрні S.M.A.R.T. технології відкривають якісно новий рівень діагностики та лікування багатьох захворювань.
Широкосмуговий медичний радар для діагностики раку молочних залоз
Мамографія – одна з розповсюдженіших скринінгових технологій для виявлення раку молочної залози може відійти в минуле. Ця методика є однією з форм рентгенографії. Пацієнтка поміщає молочну залозу між двома пластинами, які злегка стискують її. Вмикається прилад і тканини піддаються малодозованому іонізаційному опроміненню. Оцінка структури тканини проводиться на основі рентгенівського знімка.
Під час дослідження пацієнтка може відчувати легкий дискомфорт, але основні недоліки методики полягають в її відносній дорожнечі та шкідливому впливі опромінення на пацієнта та медичний персонал. Окрім того, у пацієнток з високою щільністю тканин молочної залози мамографія неефективна.
Вчені вважають, що громіздку мамографію в найближчому майбутньому можна буде замінити медичний радар, де використовуються радіо хвилі замість ультразвуку чи жорсткої радіації. Електромагнітні хвилі схожого діапазону випромінюють мікрохвильова піч чи мобільний телефон.
Радіохвильова мамографія проста та швидка процедура, котра займає декілька хвилин. Пацієнтка комфортно розташовується на столі. Сканування молочної залози проводиться радіохвилями з частотою від 4 до 10 ГГц. На основі отриманих даних формується об’ємне зображення, яке дає лікарю цілісну картину внутрішньої структури молочної залози.
Цю технологію можна використовувати під час дослідження молочних залоз з різною щільністю. І на відміну від ультразвуку, радіохвилі можуть глибоко проникати в тіло, кістки та повітря, які не становлять для них перешкоду.
Італійська компанія Micrima займається розробкою та впровадженням нової методики. Вона отримала дозвіл європейських регуляторних органів на випробування системи MARIA в декількох медичних центрах Великої Британії, що спеціалізуються на діагностиці та лікуванні раку молочних залоз.
Процедура обстеження на системі MARIA методом радіохвильової мамографії. Джерело: itnonline.com
Окрім того слід зауважити економічні переваги нової методи. Цифровий рентгенівський мамограф коштує четверту частину мільйона доларів, водночас ціна радара складає одну десята мільйона. Скринінгові дослідження стануть дешевші та розповсюдженні.
3-D принтер для біологічних тканин
Перспективи біологічних принтерів величезні. Лише уявіть – повнофункціональну нирку, створену з власних клітин пацієнтів. І перші кроки в цьому напрямку вже зроблені.
На початковому етапі створюється колоїдна суміш з клітин пацієнта або донора для забезпечення киснем та поживними речовинами і подальшого росту. Потім клітини осаджують на стромі (основі), на якій шар за шаром формується біологічна тканина чи орган. На останньому етапі тканину інкубують до тих пір, поки орган чи частина органу не стане життєздатним.
Декілька наукових інститутів вже мають у своєму розпорядженні біологічні принтери, створені в співробітництві з такими компаніями як regenHU та Envisiontec. Компанія Organovo вже налагодила випуск функціональних тканин людини для тестування медичних препаратів. В кінці 2016 року компанія презентувала створену тканину печінки, яку успішно імплантували піддослідній тварині.
Графічне зоображення майбутнього біопринтера. Джерело: itnonline.com
Як прогнозують спеціалісти, компанія отримає дозвільні документи на використання «видрукованої» тканини печінки в терапевтичних цілях вже через 3 роки. Більш реалістичні перспективи – широке впровадження друкованих трансплантатів кровоносних судин, м'язові пластирі на серці та нервові волокна. Друк тканин з власних клітин пацієнта дозволить створити ідеальні умови для розвитку трансплантаційної медицини.
S.M.A.R.T. датчики та S.M.A.R.T. скальпелі
S.M.A.R.T. датчики та скальпелі призначені для виявлення та видалення тканин певного типу, ракових, судин, нервових тощо. Основна ціль цієї технології: за допомогою мікрохірургії, лікувати церебральні аневризми, створювати анастомози кровоносних судин, видаляти пухлини головного мозку та ін.
В якості метода візуалізації будуть використовувати спектроскопію, магнітно-резонансну томографію, механічний та електричний імпеданс. Терапевтичним інструментом може бути високоінтенсивний сфокусований ультразвук, акустична та радіочастотна енергія. Великого успіху в цій галузі досягли наукові заклади в США – Ліверморська національна лабораторія, Массачусетський технологічний інститут та Сандійська національна лабораторія.
В Ліверморі розробили датчик, який може відрізняти здорові та ракові тканини. Під час процедури зонд-датчик вводиться в регіон, де локалізується злоякісний процес. Оптичні, електричні та хімічні сенсори на кінчику датчика дозволяють бачити чітку різницю між різними тканинами. Смарт датчик уловлює від 5 до 7 ознак раку молочної залози. Дослідження проводиться в режимі реального часу.
Смарт скальпель, розроблений в Сандійській лабораторії, працює на таких самих принципах виявлення ракових пухлин, яким керується хірург, тобто по судинах, жировій та м'язовій тканині. Пристрій має розмір 10 центової монети і має робочу назву «біологічний мікрокавітальний лазер». Дослідження тканини, лінії розрізу та судинного малюнка проводиться за допомогою оптичної рефлекторної спектроскопії. Видалення злоякісних пухлин проводиться лазером. Основна ціль розробки – допомогти хірургам в мінімізації видалення здорових тканин. В результаті відбувається покращення ефективності хірургічного втручання.
Електромагнітна акустична візуалізація
Новий діагностичний метод базується на комбінованому використанні високочастотних електромагнітних хвиль та акустичному випромінюванні. Такий підхід дозволяє взяти найкраще з найбільш поширених методик візуалізації. Безпечність від ультразвукового сканування при якості зображення МРТ. Водночас, ціна апарата та дослідження буде значно відрізнятися від позитронно-емісійної томографії (ПЕТ) та МРТ, які найчастіше використовуються для диференційної діагностики злоякісних та доброякісних тканин.
Під час стимуляції різні тканини реагують по різному. Кожний прошарок біологічної тканини вібрує з унікальною частотою, і цю частоту можна вловити ультразвуковим сенсором та конвертувати в зображення. Науковці використовують світлову, акустичну та електромагнітну енергію для стимуляції тканин.
Електропровідність ракової пухлини в 50 раз перевищує показник нормальної тканини. Окрім того, електромагнітна енергія володіє більшою проникною здатністю, ніж ультразвук та світло. Це робить електромагнітно-акустичну візуалізацію чудовою методикою для діагностики пухлин, незалежно від їхньої локалізації. Технологія цілком безпечна, економічно вигідна і може виявляти пухлини до 2 міліметрів у діаметрі.
Італійська компанія Medielma створила апарат ESO Prost 9 для діагностики раку передміхурової залози за допомогою електромагнітного випромінювання та ультразвуку. Хоча розробка має ще цілий ряд недоліків, але завдяки простоті та відносній дешевизні вона займе одне з чільних місць в діагностиці ракових захворювань.
Лікування інсульту нанороботами
Серцево-судинні захворювання та інсульти очолюють список з причин смертності в розвинутих країнах. Навіть якщо пацієнт виживе, то потрібний довгий реабілітаційний період для його остаточного одужання. До того ж, в більшості випадків, позбутися залишкових явищ видається неможливим.
Причиною інсультів стає блокада кровоносних судин, які доставляють свіжу кров та кисень до клітин головного мозку. Нестача кисню призводить до швидкої загибелі нейронів. Нанотерапія, лікування причини хвороби на молекулярному рівні, вже використовується при терапії інфекційних хвороб та онкології. Тепер дослідники планують створити нанороботів, які розбиватимуть тромби та доставлятимуть ліки безпосередньо до зони інсульту.
Науковці вивчають можливість створення нанороботів, які були б вкриті тканинним активатором плазміногена, найбільш ефективним розчинником тромбів. Тести проведені на лабораторних мишах довели дієвість методики. Спеціалісти вважать, що нанороботи для лікування інсультів можуть з’явитися у клінічній медицині вже через 2 – 3 роки.
Медицина – одна з найконсервативніших професій. Але все більше інноваційних технологій впроваджується в щоденну клінічну практику, кардинально змінюючи підхід в діагностиці та лікуванні багатьох хвороб.
SCIENCE UKRAINE
13.02.2017 р.
