Основные научные направления, которые уже сейчас меняют человечество.Киберглаза и ноги-роботы, возможность редактирования ДНК, четырехрукий хирург и устройства, программирующие настроение или корректирующие осанку, — все это легенды современной высокотехнологичной медицины

Киберпротезы

Кибернетические протезы рук, ног и глаз сегодня уже не рассматриваются как продукты исключительно для людей, пострадавших от травм или заболеваний. Оборонные ведомства, крупные лаборатории и венчурные фонды нередко вкладывают средства в разработку аппаратов, не только полезных при реабилитации, но и способных улучшить навыки здоровых людей.

Самый яркий пример в этой сфере — это, пожалуй, Хью Герр — инженер и ученый, профессор Массачусетского технологического института. Его киберпротезы ног Power Foot имитируют движения настоящих конечностей настолько точно, что дали возможность исполнительнице бальных танцев Адрианне Хаслет-Дэвис, лишившейся левой ноги в теракте во время Бостонского марафона в 2013 году, вернуться к профессии. Сам Хью Герр потерял обе ноги выше колена из–за несчастного случая во время горного восхождения 30 лет назад. Сегодня роботизированные протезы Герра разрабатываются в лаборатории MIT Media Lab. Вместе с ним над созданием киберног трудятся 23 человека (в том числе выпускники Массачусетского технологического института), и еще 26 студентов проходят там учебу под руководством профессора.

Другое любопытное начинание — PossessedHand, — по сути, не является протезом. Это устройство надевается на руку и стимулирует мышцы согласно заданной программе. Аппарат разработан для людей, чьи конечности не были утрачены, но потеряли возможность двигаться. Но тем, кто здоров, PossessedHand тоже может пригодиться: благодаря кибернетической руке можно научиться играть на скрипке или жонглировать. Устройство создала лаборатория Rekimoto Lab, которая работает в рамках Университета Токио.

Авторы проекта по созданию искусственной сетчатки Argus, которую сегодня также называют кибернетическим глазом, получают финансирование от Министерства энергетики США. Их прибор уже продается в Америке и некоторых странах ЕС. В комплект входят очки с камерой, передатчик и крошечные электроды, которые вживляются в ткань задней стенки глаза. Через них передатчик, по сути, просто транслирует изображение с камеры. И если изначально количество электродов было очень мало и качество «картинки» страдало: всего 16 элементов, или пикселей, — то сегодня их число достигло нескольких сотен, что позволяет пациентам, которые раньше были слепы, читать крупные буквы.

Носимые устройства — один из главных современных технологических трендов. Их разрабатывают для лечения и профилактики самых разных болезней, а также для спорта и поддержки здорового образа жизни. Чаще всего носимые устройства крепятся на запястье, однако есть и аппараты, которые необходимо носить на других частях тела. Одна из последних разработок — миниатюрное устройство Thync, которое связывается со смартфоном и позволяет владельцу контролировать собственное настроение нажатием кнопки. У Thync есть крошечные электроды, которые подсоединяются к коже на голове. В зависимости от выбранного диапазона их воздействие вызывает ощущение бодрости, словно вы выпили баночку энергетика, или позволяет расслабиться минут на 45 — как после хорошего массажа.

Thync производит компания, основанная в 2011 году группой ученых-нейрофизиологов из Гарварда, Стэнфорда, MIT и других университетов. Принцип действия этого устройства носит название «транскраниальная микрополяризация». В США он разрешен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами и применяется в рамках физиотерапии. Транскраниальная микрополяризация позволяет временно менять состояние различных областей ЦНС с помощью малого постоянного тока. Thync позволил своим создателям привлечь венчурный капитал в размере порядка 13 миллионов долларов. Основным инвестором стала компания Khosla Ventures. Поставки начнутся в 2015 году. Штаб-квартира компании находится в Кремниевой долине, а дополнительный офис — в Бостоне.

Другое носимое устройство — беспроводной сенсор LumoBack — уже успел стать одним из хрестоматийных примеров успешного медицинского начинания с нуля. Этот аппарат разработан для людей, которые страдают от болей в спине и вынуждены постоянно следить за осанкой. Lumo нужно носить на поясе. Если человек начинает сутулиться, он ощущает мягкую вибрацию: так сенсор напоминает о том, что нужно выпрямить спину. Через Bluetooth Lumo постоянно направляет информацию на смартфон, который анализирует, сколько калорий вы потратили за день, сколько времени провели сидя и стоя и как долго занимались спортом. Устройство стоит 150 долларов и подходит для iOS и Android. Сегодня офис LumoBack также располагается в колыбели рискованных начинаний — Пало-Альто. Еще на этапе разработки этот американский стартап получил инвестиции в размере 1,1 миллионов долларов, а затем за восемь дней «добрал» на Kickstarter 170 тысяч долларов вместо заявленных ста.

Система CRISPR/Cas9, или «Криспер», — еще одна легенда современной инновационной медицины. Она позволяет организовывать генетические «экспедиции» к любому элементу ДНК живой клетки или системы клеток in vitro и внутри организма (в том числе, организма приматов) и настраивать по своему усмотрению генетический код.

В природе система «Криспер» встречается у бактерий и является аналогом механизма приобретаемого иммунитета, который есть у животных и людей. Когда бактерия сталкивается с вирусом, она копирует его ДНК и отправляет «фоторобот» в специальное генетическое хранилище, которое и называется СRISPR. Если микроб повстречается с вирусом снова, он «узнает» его благодаря этой копии и создаст РНК-зонд, способный распознавать гены и связываться с ними, чтобы предотвратить заражение. Однако сам по себе такой зонд для вируса безобиден, и тут в дело вступает белок Cas9. Он представляет собой «ножницы», способные разрушить вирусные гены. Cas9 хватается за РНК-зонд и как бы на поводке прибывает вслед за ним к ДНК вируса. Когда зонд оказывается на месте, белок получает сигнал: резать здесь! При этом по количеству «разрезов» ограничений нет: рассечь геном можно хоть в тысяче точек.

В ближайшие 10–20 лет «Криспер» может помочь медикам справиться с серьезными болезнями: например, научиться целиком удалять из организма взрослого человека дефектные участки генов, вызывающие рак, активировать плохо работающий ген инсулина у некоторых диабетиков или редактировать участок ДНК, ответственный за ожирение, если оно передается наследственно. Эксперименты на приматах уже проводятся. В январе 2014 года родились первые мартышки, которым ввели мутации в два гена: один — связанный с работой иммунной системы, а другой — регулирующий отложение жира.

Команду специалистов возглавляет профессор Эммануэль Шарпантье, совершившая одно из главных открытий в области редактирования гена с помощью «Криспер». Венчурные фонды пообещали ей 25 миллионов долларов за коммерциализацию находки. Бывшая коллега Шарпантье и еще один первооткрыватель возможностей системы, профессор Дженнифер Дудна из Университета Беркли присоединилась к команде ее соперников. Ей предложили венчурный капитал в размере 43 миллионов долларов за изобретение способа применять «Криспер» в клинической практике.

Создание смартфонов открыло дорогу множеству новых начинаний, в том числе в области контроля за состоянием здоровья. Сегодня существует множество приложений, которые подсчитывают, сколько вы выпили воды, как долго были на ногах и сколько лишних калорий прихватили за обедом. Одно из самых перспективных начинаний — приложение Ginger.io. Оно позволяет следить за режимом дня и может само связаться с клиникой или семейным врачом, если что-то идет не так, как обычно. С помощью простых опросников Ginger.io анализирует поведение и график жизни пользователя. Оно способно определить стресс и депрессию, предупредить появление бессонницы и бог знает чего еще. Своим создателям приложение позволило привлечь инвестиции сразу пяти крупных венчурных фондов.

Другое успешное медицинское мобильное приложение под названием HealthTap позволяет получать консультации врачей онлайн. Пациентов готовы проконсультировать 64 тысячи специалистов из разных стран, причем этот штат постоянно пополняется. Доктора отвечают пользователям в текстовом формате, как в социальной сети или на форуме, а за небольшую плату можно пообщаться с врачом с помощью личных сообщений. Кроме того, приложение позволяет подобрать себе специалиста и записаться к нему на очную консультацию. Сегодня HealthTap финансируют 24 инвестора. В этом списке числится и Винод Косла — основатель фонда Khosla Ventures, который также поддерживает Ginger.io.

Облачный сервис для генетиков DNAnexus за последние годы из небольшого рискованного начинания превратился в крупную компанию с большим штатом. Среди его инвесторов — Google Ventures, TPG Biotech и Claremont Creek Ventures. Сервис предлагает инструменты для анализа данных профильных исследований, в том числе для секвенирования ДНК (определения последовательности в цепочке) и иммунопреципитации хроматина (для оценки регуляции транскрипции генов). DNAnexus также позволяет визуализировать результаты проведенных ДНК-тестов.

Идея создания хирургических роботов оставалась в теоретической плоскости до 1999 года, когда компания Intuitive Surgical представила публике первый аппарат Da Vinci. Эта система позволяет хирургам проводить операции дистанционно, с помощью точного устройства, связанного с рабочим местом врача по спутниковому соединению. Da Vinci состоит из двух блоков: четырехрукого автомата, который выполняет роль хирурга в операционной, и пульта с 3D-экраном и джойстиками, предназначенного для врача. Аппарат весит полтонны и сегодня производится серийно. Da Vinci установлен в клиниках по всему миру, в том числе в России: в Москве, Санкт-Петербурге, Ханты-Мансийске, Екатеринбурге и других городах. Робот позволяет проводить операции на сердце, позвоночнике, легких, почках, мочевом пузыре, желудке и других органах. Устройство вывело компанию Intuitive Surgical в лидеры рынка: сегодня она является единственным поставщиком аппаратов такого класса, обучает хирургов и работает с десятками стран.

Биопечать протезов человеческих органов — еще одно важное направление в инновационной медицине. 3D-принтер, который в качестве материала использует не пластик, а собственные клетки человека, попросту снимает вопрос этичности использования эмбрионального материала и позволяет пациенту получить нужный орган, не дожидаясь донора.

Биопринтер стоимостью 200 тысяч долларов был совместно разработан медицинской компанией Organovo (Сан-Диего, США) и машиностроительной фирмой Invetech (Мельбурн, Австралия). Он занимает совсем немного места и помещается в стерильный шкаф. Устройство работает по тому же принципу, что и обычные 3D-принтеры. Благодаря заданной программе оно наносит капельки материала на основы ярус за ярусом, так что в результате получается объемная «распечатка». Вот только вместо полимера биопринтеру необходимы живые клетки: стволовые, взятые из костного мозга человека, клетки печени, мышечной, соединительной ткани и других. После нанесения они начинают «сплавляться» друг с другом, так что в результате получается жизнеспособный биологический материал, который не отторгается и не вызывает аллергии. В качестве подложки использует гидрогель на сахарной основе, который не взаимодействует с клетками и не прилипает к ним: после печати его можно легко извлечь из биопротеза. Создатели технологии говорят, что по виду «распечатанные» органы не похожи на настоящие, однако для пациентов это значения не имеет: ведь печень или почка из биопринтера все равно работают как надо. Впервые пересадка распечатанного на биологическом 3D-принтере мочевого пузыря была проведена в 2006 году, и люди, получившие такие органы, успешно продолжают с ними жить.

Продолжительность жизни в развитых странах увеличивается, и население стареет: с каждым годом пожилых людей становится все больше. Чтобы уменьшить частные и государственные затраты на здравоохранение, сегодня разрабатываются превентивные медицинские техники, которые позволяют заранее выявлять предрасположенность к заболеваниям и строить компьютерные прогнозы их развития.

Американский институт превентивной медицины предлагает порядка 150 продуктов для профилактики заболеваний. Здесь есть опросники, по которым определяются риски в области здоровья онлайн, а результаты формулируются в виде графика, программы по улучшению стиля жизни, сна, контролю над стрессом и тому подобное. Несколько исследователей из США и других стран сегодня также разрабатывают препараты, способные замедлить старение тканей и предупредить развитие болезней. Американский биолог Билл Эндрюс работает над лекарством на основе теломеразы, которое позволяет откладывать генетическое выключение процесса деления клеток в организме человека и животных. Ежегодно Биллу требуются миллионы долларов на поддержание работы его лаборатории, но способы финансирования всегда находятся. А его коллега из Великобритании Обри ди Грей недавно основал фонд и исследовательский центр SENS, расположенный в Кремниевой долине. Главная цель ди Грея — создание доступной технологии, которая позволит восстанавливать организм до любой степени молодости и поддерживать его в таком состоянии сколь угодно долго.