Евгений Ищенко - Двуликий электронный Янус
Несколько лет назад германская фирма «Сименс» выпустила компьютерную систему для изготовления зубных пломб из керамики. С ее помощью опытный дантист может за час сделать и установить нужную пломбу. Вся процедура состоит из нескольких стадий. Сначала с помощью специальной камеры на мониторе создается трехмерное изображение зуба с дефектом. Прямо на экране дантист конструирует пломбу нужной формы. С помощью автоматического фрезерного станка компьютер изготавливает пломбу, врач устанавливает ее в дупло, подгоняет по прикусу и полирует внешнюю поверхность. Так что тому, кому уже поздно бороться с кариесом, тоже можно особо не волноваться, – компьютер и тут поможет.
Ученые из того же «Сименса» разработали в 1998 году интересный прибор – миниатюрный датчик измерения кровяного давления. Датчик – величиной меньше спичечной головки – вшивается в кровеносный сосуд и оттуда по первому радиозапросу сообщает давление своего хозяина.
И те бедолаги, которые по состоянию здоровья вынуждены время от времени проходить медицинскую процедуру под названием «гастроскопия», тоже могут облегченно вздохнуть, – в скором времени им не надо будет заглатывать толстый резиновый шланг, испытывая при этом весьма отвратные ощущения.
Американские и израильские ученые в 2001 году разработали микрокамеру, которая с успехом заменит проведение гастроскопии в ее нынешнем откровенно варварском варианте. Успешные испытания этого новшества недавно прошли в Австралии. Крошечный приборчик – размером с обычную таблетку – состоит из цветной камеры, антенны, подсветки и батарейки. Проглоченное пациентом устройство проходит через его организм, выдавая в цвете полную картину состояния слизистых оболочек желудка и кишечника и заодно выявляя желудочно-кишечные заболевания. При этом камера настолько миниатюрна, что пациент не испытывает никаких ощущений дискомфорта с момента ее попадания в организм и до выхода наружу.
К грудной клетке пациента прикрепляется компьютерное устройство, считывающее информацию по мере ее поступления и передающее на экран монитора. Цена такого многоразового стерилизуемого устройства, которое может использоваться до исчерпания ресурса батарейки (а это около полугода), около 140 долларов США, что вдвое дешевле аппарата для традиционного проведения процедуры гастроскопии (последний, правда, рассчитан минимум на 5 лет работы, точнее говоря, истязания пациентов).
Еще более впечатляет отечественная разработка. Не так давно специалисты Института проблем механики положили начало целому направлению в медицине. Речь – о микроскопических роботах-врачах. Коллектив под руководством академика Дмитрия Климова разработал «жучка» для лечения кровеносных сосудов. Механическое «насекомое» вводится в сосуд и ползет по нему, очищая и «латая» микротрещины. Создатели отечественного «жучка», возможно, сами того не подозревая, очень близко подошли к решению проблемы преодоления старости.
– Микроскопические роботы-врачи могут в буквальном смысле вылечивать от старости, – считает ученый-геронтолог из Санкт-Петербурга Михаил Соловьев. – Причины старения организма имеют молекулярную природу. Чтобы омолодиться, нужно прооперировать не орган, а каждую клетку, даже молекулу. Для этого сейчас и создаются так называемые молекулярные роботы. Это белковое или органическое микросущество, задача которого – восстанавливать разрушенные химические связи в человеческих клетках.
Нанотехнологи из Массачусетского технологического института (США) в 2009 году придумали микросканер, который можно вживлять в организм во время проведения стандартной биопсии. Это крошечный цилиндрик, похожий на таблетку, диаметром 5 мм. Сделан он из полиэтилена – материала, инертного для организма. Но внутрь «таблетки» помещены намагниченные мельчайшие частицы, на поверхность которых тонким слоем нанесены антитела к веществам, производимым раковыми клетками.
Полупроницаемая мембрана из поликарбоната пропускает молекулы этих веществ внутрь сканера, где антитела заставляют их собираться на поверхности частиц. «Преступные группировки» легко ловит затем ядерно-магнитный томограф. По количеству и характеру скоплений молекул врачи могут понять, как ведет себя опухоль: увеличивается в размерах или уменьшается, реагирует на лечение или нет и даже не начинается ли в ней процесс метастазирования.
В испытаниях на мышах микросканер исправно снабжал врачей информацией о «поднадзорном» в течение месяца и помогал корректировать лечение. Ведь в борьбе с раком одна из самых сложных проблем – своевременность и точность терапии. Каждый день брать биопсию у больного не будешь, а изменения в опухоли происходят очень быстро. Это устройство со временем позволит серьезно улучшить лечение рака: из непредсказуемого смертельно опасного недуга превратить его в управляемую хроническую болезнь.
Ученые полагают, что наночастицы внутри «таблетки» можно покрыть и другими антителами. И тогда можно будет прицельно лечить гормональные нарушения и многие другие болезни.
Медикам и биологам известно немало веществ, способных убить раковые клетки. Но просто выпить их раствор (ложечку-другую после обеда) – не получится. Или отравишь весь организм напрочь, или не получишь никакого лечебного эффекта. Проблема в «точечной» доставке препарата. Это вообще одна из самых сложных задач при разработке любых лекарств, а уж в случае с раком – в особенности.
В 2008 году американские ученые разработали и построили «корабли» с поперечником всего 50 нанометров, которые способны плавать по всему организму, ловко избегая уничтожения «сторожевыми катерами» (агентами иммунной системы), находить раковые клетки и доставлять в них одновременно несколько видов груза.
Сочетание в одном флаконе транспортной, целебной и диагностической функций – уникальная особенность сложных нанокомплексов. Исследователи называют их грузовыми кораблями, поскольку в основе проекта – прочный корпус, созданный в расчете на длительное плавание по кровотоку. Ученые получили корпуса своих нанопосудин из видоизмененных липидов, которые весьма точно подражают поверхности живых клеток. За счет этой маскировки им удается оставаться незаметными для иммунной системы.
Исследователи спроектировали молекулы таким образом, чтобы они могли спокойно плавать по всему телу в течение нескольких часов, прежде чем окажутся разрушенными. Но в этот момент практически все они уже доставят свой груз (или десант) к цели – внутрь раковой клетки. До того же времени прочные липидные стенки должны исключить случайное высвобождение токсичного (т. е. опасного для здоровых тканей) содержимого. В липидной нанокапсуле ученые ухитрились разместить еще несколько «пассажиров». Это наночастицы оксида железа и флуоресцентные квантовые точки. И те и другие предназначены для диагностики раковых образований.
Американские новаторы не считают, что уже достигли совершенства. Навигацию нанокапсул можно еще улучшить. В настоящее время ученые работают над созданием таких «химических кодов» или соединений-добавок к корпусам нанокораблей, которые позволили бы направлять лекарства к конкретным опухолям, в отдельные органы и вообще – в выбранные медиками точки в организме.
Замечу, что в разработку нанороботов ежегодно вкладываются десятки миллиардов долларов. Правда, пока не в России, где успехи и возможности поскромнее. Лечение молекулярными роботами выглядит примерно так: пациенту делают инъекцию, в которой – миллионы этих самых «микрохирургов», и армия искусственных существ начинает выполнять в организме нужную работу. Человек на время превращается в «муравейник», населенный нанороботами. Процессом руководит компьютер, а информация «исполнителям» передается через магнитное поле, в которое помещают пациента. В идеале по окончании сеанса человек избавляется от всех «болячек» и вновь становится молодым. После этого большинство нанороботов выводят из организма, а небольшую часть оставляют – для мелкого «текущего ремонта»…
Смех, как известно, – лучшее лекарство. Однако до сих пор никто не знал, как вычислить его «дозировку». Этой целью задались японские ученые из университета Кансаи в 2005 году, но только через три года опытным путем им удалось придумать прибор, способный точно измерять силу смеха.
Работа нового устройства основана на информации, считываемой с датчиков, которые крепятся на щеки, грудь и живот испытуемого. Когда человек смеется, они измеряют число и силу мускульных сокращений в специальных единицах – аН. При этом одна секунда сильного искреннего смеха взрослого человека соответствует 5 аН. Любопытно, что мощность смеха у детей в два раза больше. По мнению ученых, так происходит потому, что взрослые намеренно контролируют свои эмоции, а дети смеются не сдерживаясь. Разработчики нового устройства утверждают, что оно способно различать несколько типов смеха: радостный, издевательский и даже саркастический. Отметим, что феномен человеческого смеха давно интересует ученых. Ранее исследователи демонстрировали «измерители улыбок» на основе камеры и программы распознавания образов. Японцы же намерены создать портативный вариант своего измерителя смеха для применения в медицинских и развлекательных целях.
