В отличие от многих фундаментальных наук исследования в области медицины, как правило, преследуют сугубо практические цели. В то время как астрономы разгадывают тайны Вселенной, а физики исследуют взаимодействие и строение частиц, учёные-медики выполняют более «земные» задачи: разрабатывают новые лекарства, противостоят опасным болезням и облегчают жизнь инвалидам. В этом обзоре редакция «Вести.Наука» собрала наиболее интересные новости медицины, с которыми мы познакомились в 2014 году.

Последние несколько лет были ознаменованы небывалым развитием технологий в области бионических протезов. Искусственные руки и ноги подключаются к нервам, регистрируют мышечные сокращения и получают сигналы прямо из мозга людей, чтобы существенно облегчить жизнь инвалидам.

Например, впечатляющая механическая кисть Bebionic, способная воспроизводить множество движений, уже не первый год доступна в продаже. Но прогресс не стоит на месте, и учёные продолжают удивлять.

В этом году американец Лесли Бо (Leslie Baugh), лишившийся собственных рук, первым в мире испытал уникальные бионические протезы, полностью повторяющие человеческие конечности от плеча до пальцев. Протез регистрирует нервные импульсы и сокращения мышц верхней части тела. Таким образом,

человек, который и не мечтал когда-нибудь снова держать чашку кофе или печатать на клавиатуре, может производить сложные действия обеими руками одновременно.

Не менее впечатляющие результаты продемонстрировали учёные из университета Питтсбурга. Они вживили в мозг парализованной пациентке два электрода, которые считывают активность в области моторной коры. С помощью этих мысленных сигналов женщина, более десяти лет лежавшая без движения, сумела управлять механическим манипулятором.

Видеоролик, в котором роботизированная рука ловко захватывает и перемещает предметы, демонстрирует прогресс в этой сфере лучше любых комментариев.

Параллельно с исследованиями, направленными на оптимизацию управления протезами, специалисты ищут способ вернуть инвалидам чувство осязания. В этом году в Италии начались испытания протеза с обратной связью.

В ходе экспериментов пациент с искусственной рукой впервые за 9 лет сумел почувствовать форму и степень жёсткости предметов.

Для этого множество датчиков собирали информацию о контакте протеза с объектами, затем компьютер обрабатывал сигнал и передавал его на электроды, имплантированные в пучки нервов человека.

Рис. 1.

Одновременно в Корее был представлен материал, который полностью имитирует упругость и сенсорные возможности живой кожи. Множество датчиков температуры и давления реагируют на прикосновения так же, как нервные окончания человеческих пальцев.

Теперь учёные ищут способ наиболее эффективно донести весь объём получаемой информации до мозга пациентов. Остаётся надеяться, что в самое ближайшее время бионические протезы нового поколения не только пройдут все необходимые клинические испытания, но и станут доступны пациентам по всему миру.

Уходящий год принёс немало новостей об успешном внедрении в медицину технологий трёхмерной печати (в том числе в России). Одной из самых впечатляющих работ в этой области стала операция по пересадке лёгкого и прочного свода черепа.

Последний был напечатан и имплантирован пациентке с редким заболеванием.

Раньше в подобных случаях врачи заменяли часть черепа пластинами из различных материалов, но теперь с помощью 3D-принтера специалисты могут быстро и легко создавать качественный протез, полностью соответствующий параметрам тела пациента.

Рис. 2.

Помимо создания имплантатов трёхмерная печать открыла медикам возможность лучше подготовиться к сложным операциям.

На основании данных томографии с её помощью можно быстро создавать точные реплики органов пациентов, чтобы планировать будущее хирургическое вмешательство.

В начале 2014 года в США медикам удалось спасти 14-месячного мальчика с редким пороком сердца, требующим нескольких рискованных хирургических вмешательств. Врачи напечатали точную копию сердца ребёнка и нашли способ выполнить все необходимые действия в течение одной операции.

В области биопечати важным достижением стала новая методика, разработанная исследователями из Института Висса при Гарвардском университете, которая позволила создать трёхслойную живую структуру из нескольких типов клеток и кровеносных сосудов.

Недавно мы опубликовали обзор наиболее популярных моделей носимой электроники для людей, заботящихся о своём здоровье и внешнем виде.

Современные компактные приборы в форме браслетов или небольших брелоков в режиме реального времени могут регистрировать и отправлять на смартфон такие параметры, как пройденная дистанция, сердечные сокращения и даже информацию о фазах сна. Но современные медицинские технологии пошли ещё дальше.

Учёные из Израиля и США разработали миниатюрный датчик, который имплантируется в глаз пациентов, страдающих глаукомой.

Это заболевание является второй по распространенности причиной слепоты и требует постоянного измерения внутриглазного давления. Теперь вместо регулярных визитов к врачу, люди могут самостоятельно снимать показания с помощью смартфона.

Рис. 3.

Тема стволовых клеток, прогремевшая в 2013 году благодаря ряду значимых публикаций и Нобелевской премии по биологии, в этом году стала научной антитемой. Виной тому скандал с фальсификацией результатов работы японских исследователей, утверждавших, что им удалось простым путём перепрограммировать зрелые клетки человека в эмбриональные стволовые. После этого случая научные журналы стали с большой осторожностью относиться к выбору новых материалов. Но со временем шок прошёл, и стали выходить новые интересные работы.

Одним из прорывов в этом направлении стала работа биолога Дугласа Мелтона и его коллег из Института стволовых клеток Гарварда, которые смогли превратить стволовые клетки человека в функционирующие бета-клетки поджелудочной железы. Двое детей Мелтона страдают от этого, к сожалению распространённого, заболевания, и учёный вот уже 20 лет ищет способы борьбы с ним. Сначала исследователи тщательно изучили сигналы, которые определяют развитие поджелудочной железы.

После этого они разработали сложный многоступенчатый способ выращивания стволовых клеток, где были использованы пять различных сред и одиннадцать молекулярных факторов. Полученные таким образом клетки были пересажены мышам. Позднее они позволили грызунам вернуться к нормальной жизни.

Рис. 4.

При всех надеждах на лечение стволовыми клетками исследователи не забывают о возможных побочных эффектах, главные из которых — воспаление и развитие рака.

Специалисты из Национального института здравоохранения США провели ряд экспериментов на макаках-резусах, которые генетически ближе к человеку, чем лабораторные мыши, и наиболее полно оценили риск возникновения осложнений при такой терапии.

Исследование показало, что

изначальное программирование индуцированных плюрипотентных клеток на дифференцирование в определённый тип ткани хоть и сложнее, но влечёт за собой меньше рисков развития злокачественных опухолей и тяжёлого по последствиям иммунного ответа.

В 2014 году был опубликован ряд работ, дающих надежду на скорую победу над загадочной болезнью Альцгеймера, от которой страдают многие пожилые люди. Предыдущие исследования показали связь возникновения бляшек внутри головного мозга, ведущих к расстройству памяти, с недостатком сна. В новом исследовании учёные обнаружили у таких больных повышенный уровень нейротрансмиттера орексина, который пробуждает мозг от сна. Эксперименты на мышах подтвердили, что уровень этого белка в зоне мозга, отвечающей за сон, напрямую влияет на продолжительность сна и накопление бляшек. Специалисты надеются, что это открытие поможет разработать эффективную терапию.

Параллельно американские учёные впервые научились диагностировать болезнь Альцгеймера на ранней стадии до появления известных симптомов.

Они научились распознавать в мозге токсин бета-амилоид, который, как считается, разрушает синапсы нейронов и приводит к потере памяти. Для этого были использованы специально настроенные магнитные наноструктуры, которые притягивались к молекулам токсина и были видны на снимках магнитно-резонансного томографа.

Ещё одной группе исследователей удалось восстановить память у больных Альцгеймером с помощью ступенчатой терапевтической программы, которая включает комплексные изменения питания, стимуляцию мозга, физические упражнения, оптимизацию сна, приём определённых препаратов и витаминов, а также несколько дополнительных шагов, которые влияют на химию мозга.

Если обширные клинические испытания подтвердят эффективность нового подхода, это станет колоссальным шагом в борьбе с заболеванием. Ведь только за последние десять лет сотни протестированных препаратов и миллиардные затраты не принесли заметных результатов.

Кроме этого специалисты Центра прикладных исследований Tecnalia (Испания) задались целью улучшить качество жизни пожилых людей и создали систему датчиков, которая при установке в доме может следить за переменами в привычках и рутинной жизни человека. Эти наблюдения будут использованы для диагностирования ранних стадий нейродегенеративных заболеваний, в том числе и болезни Альцгеймера.

Больше всего шума в уходящем году наделала вспышка смертельного вируса Эбола. Эпидемия началась в феврале 2014 года в Гвинее и продолжается до сих пор в целом ряде африканских стран. Борьба с болезнью приобрела поистине глобальный масштаб.

Авторитетный журнал Time даже назвал человеком года собирательный образ медика-борца с Эболой. На данный момент в США с переменным успехом продолжаются клинические испытания вакцины, показавшей обнадёживающие результаты в предварительных тестах на людях.

Рис. 5.

Кроме того большие надежды специалисты связывают с новым методом терапии путём переливания больным плазмы, полученной от выживших и выздоровевших пациентов. Клинические испытания лечения полным ходом идут в Либерии и Гвинее.

Интересные результаты принесли в 2014 году работы в области оптогенетики.

Это молодое направление возникло около десяти лет назад, когда учёные впервые ввели в мембрану нервных клеток ген белка канального родопсина, полученный из зелёных водорослей. Белок встраивается в мембрану и при освещении синим светом активизирует отдельные нервные цепочки.

Специалисты компании CircuitTherapeutics с помощью вирусов встраивали светочувствительный белок в мембраны нервных окончаний на лапах мышей. В ходе экспериментов выяснилось, что

при воздействии синего света животные начинали метаться по контейнеру, словно под ними горел пол. В тоже время жёлтый свет наоборот подавлял болевые реакции, даже когда на лапы направляли разогревающий лазер.

Возможно, в будущем эта технология облегчит жизнь пациентам, испытывающим хронические боли. Правда, для этого нужно дождаться отмены запрета на модификации генома человека.

Ещё более впечатляющих результатов добилась команда из Массачусетского технологического института. С помощью оптогенетики и вживлённых в мозг оптических волокон учёные сумели «переключать» воспоминания мышей с плохих на хорошие, и наоборот.

Многосторонняя борьба с раковыми заболеваниями также принесла свои результаты в уходящем году. Продолжает набирать очки в свою пользу иммунотерапия. Учёные из университета Вашингтона разработали вакцину, мишенью которой стал онкомаркер – белок маммаглобин-А. Препарат прошёл первые успешные испытания на пациентах с метастатическим раком молочной железы.

Кроме этого,

исследователи снова ищут помощи в борьбе с раком у вирусов. Например, было обнаружено, что мутантная токсоплазма буквально перепрограммирует иммунитет на поиск клеток злокачественных опухолей.

Но на данный момент основным способом избавления от рака всё равно остаётся хирургия. Среди вспомогательных разработок в этой области стоит отметить прототип нового медицинского беспроводного прибора, напоминающего очки, который поможет хирургам отличить раковые клетки от здоровых.

Больные раком люди также не сидят, сложа руки, у обеспеченных граждан мира набирают популярность так называемые мышиные аватары. В этом случае в тело грызунов помещают клетки опухоли конкретного человека, чтобы подобрать для последнего персональное лечение.

Учёные постоянно находят всё новые и новые вещества, которые провоцируют развитие злокачественных опухолей. Ставшее обычным для обывательского уха противомикробное вещество триклозан также попало в этот список в 2014 году. Исследование показало, что

триклозан вызывает повреждение печени у лабораторных мышей, которое организм компенсирует усиленным делением клеток, что, в конце концов, приводит к раку.

Серьёзные результаты исследователей из университета Темпл дали надежду на разработку нового лекарства, которое сможет побороть ВИЧ.

Учёным впервые удалось найти способ как извлечь интегрированные гены ВИЧ-1 из культивируемых клеток человека.

Ещё одной хорошей новостью стало снижение смертельности вируса иммунодефицита человека. Быстрое распространение ВИЧ-инфекции, которое позволило вирусу развить резистентность к естественному иммунитету пациентов, в то же время снизило способность вируса к провокации СПИДа.

В завершение обзора по наиболее ярким, на наш взгляд, событиям в области медицины хочется отметить, что учёные не обошли стороной и даже достигли некоторых результатов в таком щепетильном вопросе, как омоложение.

Учёные из Эдинбургского университета сконцентрировались на отдельном органе – вилочковой железе у мышей.

С помощью белка FOXN1 они буквально перезапустили естественный механизм работы органа, который с возрастом начинает работать хуже. Не прекращаются работы и с переливанием крови от молодых мышей пожилым. Учёные пытаются досконально разобраться в механизмах омоложения организма в этом случае, и особое внимание уделяют так называемому «фактору дифференциации роста 11» (GDF-11). Одно из последних исследований показало, что сама плазма молодой крови может быть эффективной заменой этому белку.

Рис. 6.

Пока одни специалисты разбираются с молекулярными основами процесса старения, другие ищут причинно-следственные связи, лежащие ближе к поверхности. Так, по мнению учёных Колумбийского университета, потеря мышечной массы вовсе не является побочным эффектом старения, а напротив, именно утрата силы мышц и может являться главной причиной увядания организма. Соответственно, для борьбы со старением они предлагают поддерживать мышцы в тонусе.

Рис. 7.

В конце статьи о любой науке, и особенно о медицине, принято писать о планах на будущее. Что ж, проблем у человечества не убавляется, над некоторыми из них победа была объявлена давно, но есть те, которые возвращаются.

В 2014 году в Великобритании получила второе рождение Премия Долготы (Longitude Prize), которая призвана определить самую главную проблему современности. И ею была признана устойчивость к антибиотикам.

Всё чаще врачи наблюдают негативную тенденцию: ключевые препараты перестают работать, и люди начинают умирать от заболеваний, которые ранее были излечимыми.

Кто выйдет победителем в очередном витке борьбы человечества с микромиром, покажет время.