Удивительные медицинские технологии будущего, которые уже изобретены. Какой будет медицина будущего Я вижу медицину в будущем

Словно паук из пластика и стали робот нависает над верхней частью туловища пациента: длинные иглы проникают сквозь кожу и через них вводятся камеры, зажимы и скальпели. С их помощью на экране монитора хирург может удалить простату, прооперировать сердечные клапаны или отсечь фаллопиеву трубу. Даже раны он может зашить с помощью специального джойстика и ножных педалей.

Интерфейс «человек-машина»

Сцена из рекламного ролика производителя медицинских роботов кажется захватывающей и устрашающей. Но к этому пора бы уже привыкнуть. Подобные устройства уже около 15 лет применяются в операционных - только в Германии, по данным производителя, их установлено более 60 штук. Поэтому больший интерес представляет другой участник процесса: врач-хирург. На видео ему достаётся лишь второстепенная роль. И даже если пока он управляет набором инструментов на мониторе с помощью специальных манипуляторов и ножных педалей, послание в целом ясно: и операционные залы не обходятся без автоматизации. Рано или поздно машина заменит человека, которой ей сейчас управляет.

Разумеется, уже довольно давно существуют прототипы, которые могут выполнять определенные хирургические действия без вмешательства человека. Они используют фотоснимки и рентгенограммы, ультразвук и множество других сенсорных данных, чтобы на основании трёхмерной функциональной модели пациента разрабатывать и реализовывать стратегии операций. Первые исследовательские группы уже работают над разработкой нанороботов, которые перемещаются по кровеносной системе, охотятся на раковые клетки или поддерживают иммунную систему.

В последние годы медицина показала поразительное количество подобных сенсационных достижений. Тем не менее, самые большие успехи ещё впереди. Ведь процессы, начавшиеся 200 лет назад как ответ на вызовы промышленной революции, достигли своего расцвета в информационном веке. После того, как медицина объявила человека «ремонтируемым устройством», благодаря новейшим технологиям человек становится информацией и тем самым - частью алгоритмической революции. Если техника и медицина станут единым целым, это может расширить границы человеческого существования. Медицина, если угодно, обещает нам светлое будущее.

Индивидуальные человеческие «запчасти»

Браслет Ava собирает данные о менструальном цикле женщины, чтобы на их основании определить дни, благоприятные для зачатия

Совместное развитие высоких технологий и медицины можно свести к пяти основным процессам: алгоритмическая диагностика и профилактика заболеваний, автоматизация медицинских услуг, миниатюризация и мобилизация лабораторий, индивидуализация медицины и массовое индивидуальное производство человеческих органов.

Объединяет все эти разработки то, что они становятся возможными благодаря достижениям в области алгоритмических данных и обработки сигналов, стабильному, быстрому и повсеместному подключению к Интернету, а также огромным успехам в сфере компьютеризированных медицинских исследований. Однако эти, не только медицинские вехи, не имели бы никакого значения без нового представления о человеке в цифровой форме, а именно - концепции организма как комплексной, принципиально поддающейся управлению системе.

Следствия этой новейшей разработки, как описывает медицинский футурист и писатель Берталан Меско, являются весьма практичными: инструменты диагностики становятся всё точнее и всё чаще пациенты применяют их вместо врачей. Лечение всё чаще может быть направлено на ситуации отдельных пациентов, иногда даже на уровне ДНК. В конце концов, всё больше крупных операций и большинство мелких «планируются» компьютерами и выполняются роботами.

Компоненты для них, а также персонализированные лекарства изготавливаются в лабораториях. В целом изменяются традиционные отношения между пациентом, врачом, лабораторией и машиной: медицина становится индивидуальной, более точной и более сложной. Этот принцип осуществляется вплоть до общественного уровня, где огромные массивы данных о состоянии здоровья большого числа индивидов объединяются в своего рода модель медицинского прогноза для всего населения.

Тренд № 1: алгоритмы лучше лечат

Искусственный интеллект распознаёт рак кожи
Система профилактики рака кожи с применением смартфона действует благодаря распознаванию изображений. Она обнаруживает хаотическое разрастание тканей на фото родимого пятна.

Человеческое тело слишком сложно, чтобы понимать его как целое. Гораздо легче определить неполадки в системе, например, с помощью алгоритмов для распознавания образов. Нарушение сердечного ритма, хаотический рост клеток кожи или изменение голоса могут свидетельствовать о возникшей проблеме. Путём обучения машины в медицине можно отличить норму от отклонения. Это обещает успех, прежде всего, в мобильной профилактике болезней благодаря самим пациентам.

Так, в настоящее время разрабатывается несколько приложений, которые с помощью алгоритмов распознавания изображений могут идентифицировать проблемные родимые пятна, и они уже выполняют это точнее, чем когда-либо мог делать человек. Для этого не требуется даже очень хорошая камера или дорогой смартфон.

Этот метод является универсальным, независимо от того, используются ли визуальные данные, тоны сердца, особенности речи или абстрактные наборы данных. Путём сбора данных алгоритм учится отличать желательные образцы от нежелательных и затем с поразительной точностью находит их в новых данных.

Благодаря тому, что этот подход настолько хорошо зарекомендовал себя, он в настоящее время также испытывается для раннего определения болезни Паркинсона и шизофрении на основании коротких записей речи. Тем не менее, он также может применяться для анализа существующих массивов данных с целью поиска ранее неизвестных закономерностей, независимо от того, идёт ли речь об нераспознанных симптомах, скрытых взаимодействиях или даже мошенничестве с рецептами.

Впрочем, у алгоритмов уже появляются противники: поскольку алгоритмы находят связи, не улавливаемые ни одним человеком, они становятся непонятными (см. блок Проблема «черного ящика»).

Тренд № 2: роботы-хирурги и наномедицина

Робот-«оригами», созданный в Массачусетском институте, разворачивается в желудке или кишечнике; управление и перемещение осуществляется с помощью внешнего магнитного поля

Компьютеры уже довольно давно оказывают помощь при планировании хирургических вмешательств, а запрограммированные роботы, такие, как хирургическая система da Vinci, ассистируют людям-хирургам, обеспечивая выверенное перемещение инструментов. Их потенциал увеличивается вместе с точностью конфигурации их моделей пациентов.

Благодаря новым методам распознавания изображений они теперь настолько точны и современны, что роботы могут проводить операции частично или полностью автоматически. Так, например, робот Smart Tissue Autonomous Robot (STAR) под наблюдением сшивает мягкие ткани с миллиметровой точностью. Свои выходные данные он получает от системы флуоресценции и передачи изображений в 3D, а также датчика давления.

В будущем медицинские наноботы будут выглядеть следующим образом: действующие подобно рою устройства размером с клетку, которые самостоятельно выполняют «профилактические работы» в организме, например, помогают при наращивании костей или отмечают клетки опухоли для иммунной системы. При этом наномедицина будет использовать механизмы тела: наноботы плывут в жидкостях организма к своей цели, как мини-«бродяги» прикрепляются к аутогенным клеткам или располагаются и формируют ткань вокруг органов, нуждающихся в помощи.

Тренд № 3: Из приёмной - в гостиную

Роботы-сиделки оказывают помощь при уходе за пожилыми и больными людьми; их человекоподобный внешний вид создаёт доверительную атмосферу

Основой для медицины будущего представляются новые объёмы данных, в которые также вносят свою долю и сами пациенты, благодаря новым инструментам диагностики и своей инициативе к самостоятельным измерениям. В этом случае смартфон может внезапно сообщить: лучше сходи к врачу, твоё сердце вытворяет странные вещи! Традиционные места медицинского приёма и в самом деле меняются: диагностика производится рядом с пациентом или незаметно по его профилю данных в вычислительном центре.

Кроме того, существует также целый комплекс биодатчиков и мини-лабораторий, которые могут выполнять сложные исследования без профессиональных знаний своих пользователей. Так, например, пациенты с маниакально-депрессивным психозом, к примеру, должны измерять содержание лития в крови с помощью хемосенсоров, а мужчины, желающие иметь детей, - качество спермы.

В виде проглоченной нанопроволоки подобные микро-лаборатории могли бы исследовать весь кишечник на биомаркеры раковых опухолей и, при их наличии, отправить уведомление на смартфон (и согласовать дату посещения проктолога). Благодаря объединению устройств в единую сеть медицинский персонал может управлять всё большим числом операций дистанционно, в том числе с помощью хирургических роботов. Подобные массивы данных смещают фокус с лечения на профилактику. Но они влекут за собой новые требования к защите данных и риски конфиденциальности.

Из 3D-принтера появляются на свет не только «запчасти» для людей, но и «обновления»: более прочные, более эластичные

Проблема «черного ящика»

На машинное обучение возлагаются большие медицинские надежды: с помощью этого метода в массивах данных с высокой степенью надёжности могут определяться известные образцы, например, нетипичное разрастание тканей, изменения речи или неблагоприятные особенности. Однако этот метод рискован! Распознавание образцов, в отличие от традиционных методов, едва ли является убедительным для людей.

Статистически верные, но совершенно бессмысленные взаимосвязи возникают вследствие искаженных данных подготовки алгоритма или большого разнообразия данных. Таким образом, дело доходит до фатальных ошибочных диагнозов, причины которых остаются необъяснимыми. Поэтому исследователи данных (например, Рич Каруана) предостерегают от слепой уверенности в алгоритмических «черных ящиках». Вместо этого необходимо выбирать традиционные методы, даже если они являются менее точными. И ещё: компании оберегают «чёрные ящики» от независимого контроля и тем самым монополизируют знания. Здоровье не должно становиться тайной.

Тренд № 4: биологические имплантаты из 3D-принтера

Пластиковые протезы из 3D-принтера - это только начало: не только печатные оригиналы становятся более сложными и бионическими (например, модель ноги козы, смоделированная командой исследователей). Материалы также становятся более интеллектуальными: новые протезы экономят энергию, передают сигналы обратной связи усилий в нервную систему и даже могут перемещаться с помощью мускульных импульсов.

3D-печать также увеличивает производство биоматериалов. Так, некоторые исследовательские группы представили методы изготовления полностью совместимой человеческой кожи: с помощью одного из них кожу «печатают» непосредственно на рану, которая ранее была измерена с помощью лазера. Другие послойно наносят в кюветы кожные структуры, которые в дальнейшем могут свободно использоваться. Преимущества аддитивной печати: с помощью подобных методов могут также создаваться сложные 3D-структуры из различных материалов, например, целые органы.

Тренд № 5: Индивидуальное лечение

По массе
Сети фастфуда используют высокие технологии для того, чтобы тайком сделать свою еду более полезной. Это могло бы помочь людям, мало заботящимся о здоровье, питаться лучше

Эти четыре разработки встречаются в супер-тенденции персонализированной медицины: вместо диагностики и терапии, направленных на помощь как можно большему числу людей, развиваются методы индивидуального лечения и производятся медикаменты для отдельных пациентов.

Например, при лечении рака лёгких это уже осуществляется с помощью т. н. «таблеточной терапии»: при этом с помощью генетического исследования определяется, существует ли определённая мутация клеток в опухоли, а затем на неё воздействуют специально подобранными медикаментами с меньшим числом побочных эффектов.

Персонализированная медицина пока находится в начале своего пути. Однако на горизонте уже ждёт генетика. В конечном итоге, благодаря новейшему методу редактирования генома CRISPR/Cas, который отличается низкими затратами и пригодностью для использования в массовом порядке, будет применяться индивидуальное вмешательство в генетический материал пациентов и возбудителей болезней.

Актуальная тема дискуссии: фармацевтическая промышленность находится в лихорадочном поиске новых биомаркеров, в том числе молекулярных следов данных или даже таких, из которых могут развиваться опасные болезни, протекающие без симптомов.

Будущее для всех

Соединённые
проводами
Космонавты на борту
МКС постоянно соби-
рают собственные
медицинские данные
и испытывают опера-
ции с использовани-
ем электронных ме-
тодов для оказания
первой помощи в
космосе

Современная медицина всегда была и историей технического успеха. В наши дни, когда всё больше стираются границы между биологией и технологиями, это могло бы означать новый порядок вещей для человека: считаются ли в этом случае болезнями пороки, ранее оцениваемые как природные? Если машины «заболевают», можете ли вы подхватить от них вирусы?

При этом не стоит забывать: величайшие открытия медицины никогда не привлекали всеобщее внимание. Искусство врачевания всегда расцветало именно в тот момент, когда могло принести наибольшую пользу человечеству, то есть тогда, когда оно становилось дешевле, проще, доступнее и универсальнее. И, возможно, это является одной из главных задач медицины будущего: обеспечить возможность исцеления всем, а не только избранным, с огромными затратами и невероятными методами.

Медицина будущего должна оцениваться по результату, а не по внешнему воздействию, поскольку её задачей является лечение болезней, а не празднование сногсшибательных успехов или упование технологическими новациями.

ФОТО: Universidad Carlos III de Madrid; Thomas Splettstoesser/wwwscistylecom/Wikipedia/CC BY-SA 4.0; dpa/Picture Alliance/AP Photos/Eric Risberg; Northwestern University; NASA; Fraunhofer IPA; Melanie Gonick/MIT

Происходит масса удивительных вещей, краткий обзор самых важных идей и разработок дал бы возможность заглянуть в завтрашний день.

Предлагаем вам топ-10 медицинских технологий будущего.

1. Дополненная реальность

Запатентованные Google цифровые контактные линзы способны измерять уровень глюкозы в крови через слезную жидкость. Пока эта технология готовит революцию в мониторинге и лечении сахарного диабета, инженеры Microsoft создали нечто удивительное - очки, меняющие восприятие мира.

Технология Hololens, которая испытывается разработчиками с 2016 года, может изменить медицинское образование и клиническую практику в целом.

Еще в 2013 Институт Фраунгофера в Германии начал экспериментировать с приложением дополнительной реальности для iPad при удалении раковых опухолей. Во время операции хирурги могут видеть сквозь тело пациента, с ювелирной точностью направляя инструмент к опухолям.

2. Искусственный интеллект в медицине

Мы входим в эпоху, когда компьютеры будут не только выполнять анализы, но и принимать клинические решения вместе с врачами (или вместо них). Искусственный интеллект на примере IBM Watson уже помогает избежать человеческой ошибки, запоминая и анализируя тысячи клинических исследований и протоколов.

Упомянутый суперкомпьютер может за 15 секунд прочитать и запомнить около 40 миллионов медицинских документов, выбрав наиболее подходящее решение для врача. Загрузите в него 40 лет клинической практики, и мы станем лишними…

Врач - живой человек, а человеческий фактор порой становится причиной фатальных ошибок. Так, в больницах Великобритании 1 из 10 пациентов стационара так или иначе испытывает на себе последствия человеческой ошибки. По мнению экспертов, искусственный интеллект позволит избежать большинства из них.

Проект Google Deepmind Health используется для майнинга медицинских данных. Совместно с британской больницей Moorfields Eye Hospital NHS эта система работает над автоматизацией и ускорением принятия клинических решений.

3. Киборги среди нас

Наши читатели наверняка слышали о людях, которые уже получили электронные компоненты вместо утраченных частей тела - будь то рука или даже язык.

На самом деле эпоха киборгов началась много десятилетий назад, когда люди перешагнули черту между живой и неживой природой. Первый имплантируемый водитель ритма в 1958, первое искусственное сердце в 1969 году…

Нынешняя эпоха кибернетического ажиотажа на Западе подхватила новое поколение хипстеров, готовых имплантировать железные части тела ради «крутого» вида.

Достижения медицины сегодня рассматриваются не только как возможность преодолеть болезнь и компенсировать физические дефекты, но и как удивительный способ расширить возможности человеческого тела. Глаз орла, слух летучей мыши, скорость гепарда и хватка терминатора - это больше не кажется бредом.

4. Медицинская 3D-печать

Сейчас можно свободно печатать оружие и запчасти к военной технике, а биотехнологическая промышленность активно трудится над 3D-печатью живых клеток и каркасов тканей.

Стоит ли нам удивляться отпечатанным лекарствам?

Это перекроит весь фармацевтический мир.

Технология персональной 3D-печати лекарств, с одной стороны, затруднит контроль качества. Но, с другой стороны, она сделает миллиарды людей независимыми от мутного бизнеса Big Pharma.

Не исключено, что через 20 лет вы сможете отпечатать таблетки цитрамона на собственной кухне. Это будет так же просто, как чашка утреннего кофе. Перспективы трансплантологии и эндопротезирования суставов выглядят просто потрясающе. Врачи смогут создавать бионические уши и компоненты тазобедренных суставов «у койки больного», по снимкам и персональным замерам.

Уже сегодня благодаря проекту e-NABLING the Future неравнодушные врачи и добровольцы распространяют медицинскую 3D-печать, публикуют видеоуроки и разрабатывают новую техническую документацию по протезированию.

Благодаря им дети и взрослые из Чили, Ганы, Индонезии получили новые искусственные руки, недоступные с «шаблонными» технологиями.

5. Геномика

Знаменитый проект «Геном человека», направленный на полное картирование и расшифровку человеческих генов, открыл эпоху персонализированной медицины - каждому человеку полагается свое лекарство и своя доза.

По данным Коалиции персонализированной медицины, в 2017 году существуют сотни доказательных приложений для клинических решений на основе геномики. С ними врачи могут подбирать оптимальное лечение, основываясь на результатах генетических анализов конкретного пациента.

Благодаря методу быстрого генетического секвенирования Стивен Кингсмор и его команда в 2013 спасли смертельно больного ребенка, и это было лишь начало.

Геномика - удивительный медицинский инструмент профилактики и лечения болезней, если он используется мудро и ответственно.

6. Оптогенетика

Это технология, основанная на применении света для контроля живых клеток.

Суть ее заключается в том, что ученые модифицируют генетический материал клеток, обучая его реагировать на свет определенного спектра. Затем работой органов можно управлять при помощи «выключателя» - обычной лампочки. Издание Science ранее сообщало, что специалисты в сфере оптогенетики научились индуцировать ложные воспоминания у мышей, воздействуя светом на мозг.

Идеальный инструмент пропаганды сразу после вечерних новостей!

Кроме шуток, оптогенетика может предложить фантастические опции лечения хронических заболеваний. Как насчет замены таблеток на «волшебную кнопку»?

7. Роботы-помощники

С быстрым развитием технологий роботы постепенно переходят с экранов фантастических фильмов в мир здравоохранения. Рост числа пожилых людей делает фактически неизбежным появление роботов-помощников, медсестер и сиделок.

Робот TUG - это надежная «лошадка», способная носить множество медицинских грузов суммарным весом до 1000 фунтов (453 кг). Этот маленький помощник бороздит коридоры клиник, помогая доставлять инструменты, лекарства и даже чувствительные лабораторные образцы.

Его японский коллега Robear выполнен в виде гигантского медведя с мультяшной головой. Японец может поднимать и укладывать пациентов в постель, помогать встать с кресла-коляски и переворачивать лежачих больных для профилактики пролежней.

На следующем этапе развития роботы будут выполнять простые медицинские манипуляции и брать биоматериал для лабораторных анализов.

8. Многофункциональная радиология

Радиология - одна из самых быстрорастущих областей медицины. Здесь мы рассчитываем увидеть величайшие достижения.

Уже наметился переход от допотопных рентгеновских аппаратов к многофункциональным цифровым машинам, которые одновременно видят сотни медицинских проблем и биомаркеров. Вообразите сканер, способный за секунду подсчитать количество раковых клеток внутри вашего тела!

9. Испытания препаратов без живых существ

Доклинические и клинические испытания новых препаратов требуют обязательного участия живых существ – животных или человека соответственно. Переход от этически сомнительных, долгих и дорогостоящих испытаний к автоматизированным тестам in silico – это революция в фармакологии и медицине.

Современные микрочипы с клеточными культурами позволяют имитировать настоящие органы и целые физиологические системы, давая явные преимущества перед многолетними испытаниями на добровольцах.

Технология Organs-on-Chips основана на использовании стволовых клеток для имитации живого организма с помощью вычислительных устройств.

Многие эксперты считают, что данная технология сможет полностью заменить доклинические испытания на животных и улучшить лечение рака.

10. Носимая электроника

Современный человек носит Xiaomi mi Band, но будущее - за более удобными и пригодными для повседневной носки датчиками. Биометрические татуировки вроде eSkin VivaLNK могут незаметно скрываться под одеждой и передавать вашу медицинскую информацию врачу 24/7.

: магистр фармации и профессиональный медицинский переводчик

Биотех и медицина – одни из самых модных, востребованных и интересных направлений в высокотехнологичном бизнесе. Тысячи амбициозных стартапов привлекают миллиарды инвестиций и представляют продукты, которым место скорее на страницах фантастических романов. Хирурги, которые видят ваше тело насквозь, неразличимые глазом датчики, анализирующие информацию о вашем самочувствии, кибернетические конечности для инвалидов, лазерные скальпели, генная терапия, роботы-сиделки и многое другое. Как все это меняет мир медицины и что нас ждет в ближайшем будущем?

Диагностика

Основа лечения - правильный диагноз, поэтому почти треть современных компаний в биотехе так или иначе связаны с мониторингом физического состояния человека. Наиболее перспективное направление развития - внедрение в организм микродатчиков. Это могут быть небольшие таблетки вроде создаваемых FitBit, или биометрические татуировки, такие как VivaLNK, или RFID - микрочипы, имплантируемые под кожу. Подобные датчики не только в режиме реального времени измеряют все важные параметры здоровья, но и создают полноценную медицинскую карту в облаке, которую может использовать лечащий врач.

Проекты вроде Qualcomm Tricorder X Prize или Viatom Check Me, измеряющие пульс, температуру тела, насыщение ее кислородом, систолическое и артериальное давление, физическую активность и сон, открывают новую страницу в медицинской помощи. Вместо текущих симптомов врач видит динамику на протяжении месяцев. Сами пациенты получают возможность оперативнее замечать негативные изменения в своем состоянии, а медицинские и страховые компании использовать больше данных для оптимизации расходов на лечение и страхование.

Замена и модификация органов

Кростехнологичные проекты обеспечивают прорывы в большинстве медицинских направлений. Например, сочетание 3D-сканирования, 3D-печати, продвинутого софта и новых полимеров произвели революцию в области стоматологии. Если раньше люди вынуждены были выпрямлять зубы и исправлять прикус посредством болезненных, долгих операций, вроде протезирования или брекетов, то сейчас на рынке появилась технология «элайнеров», индивидуальной программы использования прозрачных фиксаторов с минимум неудобств. Еще пять лет назад, когда я только основал компанию StarSmile, об элайнерах в России знали единицы, сегодня – эта технология прочно входит в нашу действительность, особенно с появлением большего количества биосовместимых материалов. В мире уже появились специализированные компании, типа немецкой Next Dent, сосредоточенных только на разработке новых материалов. И их усилия уже приносят свои плоды: сегодня доступны материалы, из которых можно печатать пластиковые временные коронки или целые съемные протезы в нескольких цветах.

Медицинская 3D-печать и биотехнологическая промышленность заново проектируют весь мир фармацевтики и донорских органов. 2016 был годом успешной 3D-печати печени, артерии и кости. Пересаженные органы показали успешное приживление: поскольку новые ткани основаны на генетической карте самого пациента, то риск отторжения при удачной пересадке минимален. Более того, новые органы сами развивали в себе сеть сосудов и капилляров. В этом году Harvard’s Wyss Institute вплотную приблизился к созданию искусственной почки. И уже в ближайшем будущем врачи смогут напечатать замену для любого органа в нашем теле. Аналогичная ситуация в фармацевтике – 3D-принтеры будут готовить для пациентов дозы лекарств, распечатанных на месте по модели, подготовленной индивидуально лечащим врачом.

Параллельно с печатью живых органов развивается индустрия создания киборгов. Сейчас автоматизированные протезы имеют замещающий характер: миллионы пациентов носят имплантированные дефибрилляторы или кардиостимуляторы, роботизированные конечности, подключенные к нервной сети. Но потенциал развития данного направления гораздо выше, чем простое замещение. Достижения в области будущей медицинской техники будут направлены не столько на ремонт физических недостатков, сколько на создание органов более совершенных, чем спроектированные эволюцией. Зрение во всех областях спектра, усиленные мышцы, сердце, которое никогда не перестанет биться, легкие, позволяющие дышать под водой или в удушливом дыму и т. д. Но пока такие направления остаются чисто теоретическими, работают гораздо более простые, но тем не менее эффективные проекты вроде е-NABLING. Это программа по свободному обмену 3D-моделями доступных протезов плюс инструкции по их печати и эксплуатации.

Исследования

Следующее важнейшее направление биотеха - модернизация процесса R&D. В этой области отчетливо заметны два крупнейших направления: изучение генома человека и моделирование физических процессов с помощью специализированных программ. В мире уже испытывается целая серия микрочипов, которые могут быть использованы в качестве моделей человеческих клеток, органов или целых физиологических систем. Преимущества такой инновации неоспоримы: вместо долгих и опасных исследований компании могут программировать поведение и реакцию человека на тот или иной раздражитель в контексте биотеха на разрабатываемые лекарства. Эта технология спровоцирует революцию в области клинических испытаний и полностью заменит тестирование на животных и людях.

Проект расшифровки генома человека начался около 30 лет назад, но настоящие прорывы были связаны с ростом вычислительной производительности компьютеров. Сейчас эта работа близка к завершению, определено большинство функций генов в ДНК-цепочке человека. На практике это означает начало эры персонализированной медицины, когда каждый пациент сможет получить индивидуальную терапию с настраиваемыми лекарствами и дозировками. Уже сейчас существуют сотни основанных на фактических данных приложений для персональной геномики. Метод быстрого генетического секвенирования был впервые применен командой Стивена Кингсмора для спасения жизни маленького мальчика в 2013 году. Тогда это было невероятным, крайне затратным и уникальным по своей эффективности случаем. Уже в ближайшем будущем это станет обыденной медицинской практикой.

Операции будущего и новое образование

В медицине еще долго будет необходимо присутствие живых врачей. Но благодаря технологиям у них в распоряжении будет нечто большее, чем два обычных глаза: на помощь придет дополненная реальность. Уже сейчас эта, на первый взгляд развлекательная, технология начинает проникать в медицинскую сферу. Цифровые контактные линзы от Google корректируют курс лечения диабета через измерение уровня глюкозы в слезных протоках. Разработка Microsoft Hololens (использование AR во время операций) уже проходит тестирование в Германии. Получаемые через сканирование данные проецируются на очки хирургу, так что доктор буквально может смотреть сквозь тело пациента, видеть кровеносные сосуды перед началом разреза, определять плотность и структуру ткани. Как дополнительное улучшение можно использовать интеллектуальные инструменты: например, хирургический нож iKnife от Imperial College работает как световой меч джедаев. Электрический ток позволяет делать надрезы с минимальной потерей крови, а испаренный дым анализируется масспектрометром в режиме реального времени, давая хирургу полную картину по составу тканей организма.

Еще одна сфера применения AR – программы медицинского обучения. В 2016 году доктор Шафи Ахмед провела первую операцию с использованием камер виртуальной реальности в больнице Royal London. Каждый желающий мог наблюдать за ней в режиме реального времени через две камеры, дающие обзор в 360 градусов. Технологии могут совершенно изменить форматы профильного образования: молодые медики будут изучать анатомию на виртуальных таблицах рассечения, а не на человеческих трупах, а сотни учебных томов будут преобразованы в виртуальные 3D-решения и модели с использованием дополненной реальности. Именно в этом направлении сейчас работают такие компании, как Anatomage, ImageVis3D и 4DAnatomy: интерактивный софт, построенный на дополненной реальности и моделировании ресурсов.

Забота о пациентах и медицинский суперкомпьютер

Роботы постепенно входят в мир заботы о пациентах. Работа врача – поставить диагноз, назначить лечение или провести операцию, а круглосуточный уход можно переложить на плечи разумных автоматов. Сейчас на рынке развиваются сразу несколько подобных проектов. Робот TUG – мобильное устройство, способное нести несколько стоек, тележек или отсеков, содержащих препараты, лабораторные образцы или другие чувствительные материалы. RIBA и Robear используются в работе с пациентами, которые нуждаются в помощи: оба могут поднимать и перемещать пациентов в постели, помочь пересесть в инвалидную коляску, встать или приподняться, чтобы предотвратить пролежни, взять ряд анализов и передать их врачи.

Помимо механических помощников в медицине активно используются методики машинного обучения. Разрабатываемый IBM Watson – искусственный интеллект в области медицины, будет помогать врачам в анализе больших данных, мониторинге как отдельных пациентов, так и целых социальных групп, принятии важных клинических и профилактических решений. Watson имеет возможность прочитать 40 млн. документов в течение 15 секунд и предложить наиболее подходящие методы лечения. Также суперкомпьютеры привлекаются к разработке лекарственных средств для моделирования их влияния на различные болезни, сокращения побочных эффектов и поиска оптимальных химических формул. Еще одно направление – статистика и администрирование. Google Deepmind Health использует данные медицинской документации, чтобы обеспечить наиболее востребованные, эффективные и быстрые услуги в области здравоохранения.

В качестве резюме

Нельзя не упомянуть и о рисках, которые несут в себе прогрессивные технологии. Например, развитие видеоигр спровоцировало синдром зависимости и даже посттравматические расстройства, шлемы виртуальной реальности вызывают привыкание и проблемы со зрением и координацией. Медицинский 3D-принтер наверняка сможет распечатывать не только полезные витамины, но и героин. А лекарства на основе генома в руках террористов – потенциальная угроза появления биологического оружия. Как и любой аспект прогресса, развитие медицины несет в себе множество угроз, и какая чаша весов в итоге перевесит, предсказать невозможно.

Фантасты описывают будущее как мир без докторов. Писатели уверены, что благодаря новейшим технологиям удастся победить все существующие сегодня болезни - от банального насморка до рака и вируса иммунодефицита человека.

Медицинская наука действительно развивается быстро. И не исключено, что когда-нибудь человечество доживёт до прекрасного времени, когда сможет забыть о болячках, вирусах и эпидемиях. А врачи станут ещё ближе к пациенту и будут предотвращать даже не начавшиеся болезни. Практически каждый из нижеприведённых 10 впечатляющих примеров медицины будущего - свидетельство такого максимально персонализированного подхода к каждому человеку.

В медицине будущего основное внимание будут уделять не лечению, а профилактике

Пройдёт совсем немного времени, и у медиков откроется чудесный дар предвидения. Они будут безошибочно предсказывать появление у человека болезней, которых пока что нет, и ничто их не предвещает. Зная уникальные особенности каждого конкретного индивидуума (включая его склонности и патологии), доктора смогут в полной мере взяться за профилактику. В первую очередь это коснётся сердечно-сосудистых и онкологических патологий.

Кроме того, обыденным явлением - как сейчас процедура УЗИ для будущих мам - может стать дородовая генетическая диагностика, которая расскажет всё о будущем младенце и о том, что его ждёт в жизни.

Результатом исследования будет преобразование ДНК таким образом, чтобы изменить дальнейшую судьбу человека и оградить его от определённых проблем со здоровьем. Добиться этого помогут специальные генетические зонды. Также на опережение будут использоваться вакцины и новейшие препараты, которые помогут «отремонтировать» повреждённые участки ДНК.

Каждый пациент получит свой генетический паспорт, что позволит врачам лечить болезни адресно, а продолжительность жизни увеличить как минимум на 10–20 лет.

Кстати, присутствие пациента при постановке диагноза очень скоро может стать необязательным. О текущем состоянии больного и будущих болезнях поведает его фотография. Компьютер, проведя анализ снимка, подготовит полную информацию о хронических и генетических болезнях человека по его физиогномике. Данную технологию (пока что требующую доработки) в примерном виде уже представили медики из Оксфорда.

Суставы будут печатать на 3D-принтере

Организм считает металлические и пластиковые протезы чужеродными, поэтому они не слишком эффективны

Для производства искусственных костей и суставов будут применять 3D-печать с использованием биоматериалов. В результате протезы смогут органично слиться с телом человека. Не исключено, что в некоторых случаях качество жизни пациента окажется даже выше, чем у здоровых людей: искусственные суставы, кости и мышцы будут более совершенными, а по своей силе превзойдут «настоящие».

Предпосылки для такого новшества начали появляться давно. Уже больше десяти лет протезы выпускают не из металла, а из более подходящих для этого материалов - пластика и керамики. Теперь на помощь медикам приходят 3D-сканирование и 3D-печать.

На словах технология выглядит довольно просто. Человеку делают рентген, на его основе создают цифровую модель повреждённого сустава и печатают его на 3D-принтере из биоразлагаемого материала. Затем с помощью стволовых клеток пациента наращивают реальные ткани. Постепенно они остаются, а биоматериал разрушается. В результате остаётся сустав, идентичный настоящему.

Революционную технологию опробовали в Великобритании. В госпитале Саутгемптона провели пробную установку импланта пожилому пациенту. При этом для закрепления были использованы стволовые клетки больного.

Аналогичные разработки активно ведутся и в Стране восходящего солнца. Причём японским медикам удалось создать искусственные суставы даже без использования биоматериала пациента. Для получения результата оказалось достаточно скомбинировать:

• стволовые клетки;
• белки, отвечающие за рост тканей;
• близкие к коллагену синтетические вещества.

Важно, что 3D-печать не просто предоставляет большое количество интересных возможностей для развития медицины, но и позволяет врачам стать более мобильными. Напечатать компоненты тазобедренного сустава можно будет прямо у больничной койки. Врачу понадобятся только персональные замеры и снимки больного.

Освоение 3D в медицине - дело уже ближайшего будущего. При этом самым непростым моментом в разработке, судя по всему, окажется тестирование суставов из биоматериалов, ведь обычно испытания проводятся на животных, а придётся опробовать всё на реальных людях. Кроме того, на исследования медикам потребуется получить официальное разрешение, а пока что право на подобное «конструирование людей» законодательно не прописано нигде в мире.

Печать таблеток на дому

Таблетка формируется путём печати слоёв полимера, смешанного с лекарственным веществом

Судя по всему, 3D-технологии найдут широкое применение и при производстве лекарств. Причём необходимое средство в нужной дозировке пациент сможет напечатать сам, не выходя из своей квартиры.

Конечно, для того чтобы это стало реальностью, технологию придётся отточить до совершенства. Ведь производство таблеток дома несёт риски, связанные с контролем качества.

Первый опыт подобной печати, кстати, уже есть. В Соединённых Штатах Америки этим способом была произведена пробная партия препарата Спритам, который используется для предупреждения припадков при эпилепсии. В России данное лекарство (известное также как Леветирацетам) включено в перечень препаратов, которые Правительство РФ утвердило в качестве жизненно важных.

Интересно, что Спритам по 3D-технологии получился несколько иным по сравнению с оригиналом. Структура напечатанного лекарства оказалась более пористой, что скорее плюс, поскольку это помогает лучшей всасываемости препарата.

3D-печать позволяет делать таблетки любой формы, оттенка и вкуса, то есть привлекательными для пациента. Это особенно важно в случае с детьми и пожилыми людьми. Также появляется возможность варьировать дозировку в широком диапазоне.

О здоровье больного расскажет тату

Тату наносят с помощью электропроводящих красок, при этом вместе с ними на кожу помещается микроконтроллер с несколькими чипами

Важным источником информации о здоровье человека могут стать микродатчики, помещённые в организм. Они будут производить круглосуточный мониторинг самочувствия пациента, в режиме реального времени фиксировать полную карту состояния и передавать её лечащему врачу.

Вариантов микродатчика может быть несколько:

• небольшая таблетка;
• нанесённая на участок тела биометрическая татуировка;
• микрочип под кожей.

Помимо измерения температуры, пульса и артериального давления, микрочип сможет проанализировать уровень насыщения кислородом. Анализ показателей будет доступен и самому человеку, что позволит вовремя заметить начало негативных изменений.

Устройство будет работать по принципу «умных» часов и фитнес-браслетов, только изнутри организма, а не снаружи.

Один из подобных микрочипов был недавно представлен американскими учёными. Специалисты Стэндфордского университета продемонстрировали серию датчиков, которые можно внедрить в организм человека, собрать с их помощью интересующую информацию, а затем в течение некоторого времени (до саморазложения прибора) использовать для отслеживания хода лечения и последующего состояния.

«Умные» линзы

«Умные» линзы не только вернут зрение, но и смогут собирать данные о состоянии здоровья, заменят паспорт и фотоаппарат

В ближайшем будущем о здоровье человека будут рассказывать практически все окружающие его предметы и гаджеты. В первую очередь - наручные часы, которые сообщат о состоянии пульса, пройденных за день шагах и уровне сахара в крови.

Процесс создания такой техники уже запущен. Например, всемирно известная компания Google представила контактные линзы, которые помогают скорректировать стремительно ухудшающееся зрение. Они имеют сразу несколько полезных в медицинском плане компетенций:

• считывают кровяное давление у пациентов, страдающих от глаукомы;
• проверяют уровень сахара в крови при диабете;
• передают данные о здоровье человека на беспроводной приёмник, а оттуда - как самому пациенту, так и его лечащему врачу.

Линзы от Google внешне ничем не отличаются от обычных, но, по своей сути, это заявка на создание искусственного глаза или же вмонтированной в него камеры.

Конкуренцию Google собирается составить корейская компания Samsung.

Искусственная кожа сможет восстанавливаться

Принцип заживления искусственной кожи состоит в том, что молекулы материала легко разъединяются, а затем восстанавливают изначальный порядок

Искусственная кожа будет использоваться в процессе лечения пациентов всё чаще. И уверенность в этом дают прорывные открытия, сделанные недавно американскими учёными. Роберт Лангер из технологического института штата Массачусетс представил открытую им «вторую кожу» - очень тонкий материал, структура которого в момент создания совпадает с характеристиками реальной ткани. При этом таких свойств хватает всего на сутки: через день разработка теряет свою упругость и силу.

Ещё дальше пошёл другой американский исследователь - Чао Вонг. Он вместе со своими коллегами по Калифорнийскому университету замахнулся на создание кожи, которая обладает способностью к самовосстановлению. Профессор объявил, что его задача - создать «покрытие» для супергероев, наподобие того, что можно увидеть в голливудских фантастических картинах.

По словам Вонга, его самый любимый киногерой - это Росомаха, которого не брали ни пули, ни колюще-режущее оружие.

Некоторые материалы, обладающие способностью к самовосстановлению, уже можно найти на рынке. Подобным свойством, например, обладает покрытие телефона LG Flex - своего рода предшественник будущих подобных технологий для человека.

Кардиостимуляторы будут размером с витаминку

Исследования показали, что мини-кардиостимулятор гораздо эффективнее и безопаснее обычного

Самый первый в мире кардиостимулятор был создан 60 лет назад. С тех пор технология претерпела серьёзные изменения. Впрочем, пределов для совершенства не существует: компания Medtronic некоторое время назад представила крошечный «кардиостимулятор будущего». Достоинств у ноу-хау несколько:

• размер не больше витаминки;
• для введения в организм не требуется хирургического вмешательства;
• не вызывает осложнений у большинства пациентов.

Технология от Medtronic не только произвела фурор в медицинских кругах, но и послужила толчком к дальнейшим разработкам мини-кардиостимуляторов, которые также не потребуют сложных хирургических процедур для внедрения в организм человека. Более того, можно прогнозировать и дальнейшее уменьшение технологии в размерах.

Кардиостимулятор Micra от Medtronic был представлен в 2013 году, но получил одобрение Управления продуктами питания и лекарствами США только в середине 2016 года.

Санитарами будут работать роботы

Уже сегодня существуют действующие прототипы роботов-санитаров, например, японский ROBEAR, который ухаживает за пожилыми людьми

Полностью отказаться от живых врачей и доверить процесс лечения пациентов роботам в обозримом будущем вряд ли получится. А вот возложить на разумные автоматы обязанности по уходу за больными - вполне реально. Например, весьма вероятно, что уже скоро роботов всё активнее будут привлекать к оказанию помощи лежачим больным. Электронные санитары смогут:

• поднимать и аккуратно перемещать пациентов в постели;
• помогать приподняться на кровати или встать с неё;
• пересаживать с кровати на инвалидную коляску;
• брать анализы;
• доставлять лекарства в определённой доктором дозировке.

Ещё большее значение приобретут роботы при исследовании информации из полученных анализов. Всего за несколько секунд умные машины смогут смоделировать варианты развития заболевания с учётом возможных побочных эффектов. При этом устройство предложит и варианты лечения, которые затем будут рассматриваться наравне с предложениями медика-человека. И пока что сложно сказать, чей прогноз и вариант лечения окажется точнее. Ведь даже созданные на сегодняшний день компьютеры помнят до 40 миллионов медицинских документов, касающихся всех существующих болезней, вариантов их протекания и борьбы с ними.

Первые роботы-санитары уже прошли проверку в рядах американской армии. Умные машины способны выносить раненых с поля боя, но пока не наделены необходимым набором медицинской информации.

Лекарства не придётся тестировать на живых существах

Каждый год в лабораторных исследованиях задействуют более 100 млн животных

Сейчас перед началом клинического использования все препараты проходят испытания на живых существах - животных или людях. Этичность таких экспериментов нередко подвергается сомнениям. Кроме того, испытания занимают немало времени и дорого обходятся разработчикам.

Уже скоро лекарственная индустрия сможет отойти от этого. Для проверки свойств новых препаратов будут использовать технологию современных микрочипов с находящимися в них клеточными культурами, полностью повторяющими работу отдельных органов и даже целых систем пациента. При этом результат будет понятен практически сразу, в отличие от долгих испытаний с участием большого числа добровольцев.

Эксперты полагают, что подобный способ доклинических исследований будет способствовать созданию лекарств от болезней, которые пока не поддаются лечению. В частности, это касается рака.

Новое сердце можно будет вырастить

Технология развивается медленно из-за нехватки финансирования - первые опыты были проведены в 2005 году

Американская учёная Дорис Тейлор из Техасского института сердца придумала технологию, которая в будущем может свести на нет очереди из пациентов, ожидающих трансплантацию. На помощь придёт «призрак сердца». Так Тейлор назвала свой метод, уже продемонстрированный на животных. Суть его в следующем:

• медики берут сердце животного, например, свиньи;
• погружают орган в химическую ванную;
• при замачивании очищают сердце от всех клеток, за исключением белка;
• заполняют получившийся «призрак» стволовыми клетками конкретного пациента, которому требуется операция.

Далее данный биоматериал подключают к специальному устройству, которое помогает органу начать функционирование в полной мере - за счёт искусственной системы кровообращения и лёгких. Следующими шагом должна стать пересадка органа человеку.

Подобный опыт профессор с успехом осуществила на животных - подопытных свиньях и крысах. И достигла успеха. Кроме того, технологию удалось применить к другим органам - трахее и мочевому пузырю. Пока что метод требует серьёзной доработки. Но момент, когда его можно будет использовать в полной мере, не за горами.

Во многом авторы фантастических произведений правы: в будущем человечеству удастся победить многие заболевания. Но наверняка появятся и новые вызовы, которые потребуют новых подходов и технологий, ещё более удивительных.

Развитие медицины позволит людям жить дольше и справляться с некоторыми неизлечимыми сейчас недугами. Но вряд ли новые технологии будут дешевыми, а долгая жизнь обернется новыми проблемами

​Спикеры футурологического форума «Россия 2030: от стабильности к процветанию» делятся с читателями РБК своим видением того, как изменятся отрасли и социальные институты за 15 лет.

Врач-предсказатель

В отличие от политических и социологических прогнозов, зачастую предусматривающих в будущем глобальные процессы негативного и даже катастрофического характера, прогнозы касательно науки обычно изобилуют радужными перспективами. Практически в каждый исторический период развития цивилизации медицине прочили излечение человечества от всех заболеваний, шокирующее увеличение продолжительности жизни, бессмертие и появление у человека новых физических и психофизиологических свойств. Эти прогнозы никогда не сбывались в полной мере. Люди продолжали болеть и умирать, а медицинская наука — планомерно развиваться.

Непрерывное совершенствование в области генома человека рано или поздно должно привести к созданию персонифицированной медицины, основанной на уникальных свойствах каждого человека, его склонностях к той или иной патологии. Это позволит реализовать профилактическое направление медицинской деятельности, где врач окажется в позиции предсказателя дальнейшей судьбы каждого конкретного пациента на основании экспрессии тех или иных генов, отвечающих, например, за сердечно-сосудистую или онкологическую патологию.

Внедрение дородовой генетической диагностики рано или поздно должно стать рутинным мероприятием. Вероятнее всего, в определенный момент окажется возможным встраивание в систему человеческого генома при помощи генетических зондов, чтобы изменить предрасположенность к той или иной болезни (что уже реализуется в доклинических исследованиях). Остается только гадать, понравится ли людям такое проникновение в их собственное будущее.

Таблетка для клетки

Перспективы экспериментальной и клинической фармакологии, скорее всего, находятся в зоне индивидуальной доставки лекарственных препаратов при помощи наночастиц, что сделает возможным лечение микродозами с минимизацией побочных эффектов и осложнений. Между фармацевтическими компаниями разовьется ожесточенная борьба за освоение продвинутых технологий доставки лекарственных средств в клетки и ткани.

В ближайшем к нам будущем будут, несомненно, найдены эффективные схемы радикального лечения таких социально опасных инфекций, как ВИЧ и гепатит С. Тем не менее совершенствование антибиотикотерапии приведет (и уже приводит) к появлению новых поколений лекарственно устойчивых бактерий, стремительной эволюции вирусов. Перед цивилизацией появятся принципиально новые инфекционные угрозы.

Проблема рака, несмотря на постоянные разработки, скорее всего, будет актуальна не менее 100-150 лет, а глубинные механизмы канцерогенеза не будут раскрыты, поскольку они связаны с базовыми биологическими причинами жизни и смерти на клеточном и субклеточном уровнях. Лечение онкологических заболеваний будет в первую очередь базироваться на массовых профилактических обследованиях с применением обновленных линеек онкомаркеров с выявлением ранних стадий болезни.

Изучение мозга и нервной ткани выйдет на новый уровень, предоставив цивилизации принципиально новые возможности. Нейромодуляция и функциональная нейрохирургия головного и спинного мозга, несомненно, является наиболее интересным разделом практической нейромедицины и нейробиологии. При помощи специальных электродов, устанавливаемых в различные отделы нервной системы, станет возможно дистанционное управление тонкими моторными и сенсорными нарушениями, лечение болевых и спастических синдромов, психических болезней. Это будущее, но его разработки уже сейчас в руках нейрохирургов.

Проблемы долгой жизни

Есть и обратная сторона прогресса — человек будущего будет жить дольше и оттого болеть чаще. Вопрос о новой доступной среде для инвалидов, создании биологических протезов станет еще более актуальным. Огромный интерес представляют разработки в области стволовых клеток, развитие которых может быть направлено по любому пути, а значит, открываются перспективы для восстановления спинного мозга после его полного анатомического перерыва, кожи после массивных ожогов и т.д.

Как хирург не могу не отметить тот факт, что будущее клинической медицины не за хирургией. Уже сегодня вся прогрессивная хирургия строится на минимизации доступа, применении эндоскопических и малоинвазивных технологий. Эра кровопролитных и опасных вмешательств, которые хирурги иронически называют «Сталинградская битва», постепенно будет уходить в прошлое. Применение технологий радиохирургии и киберхирургии, а также роботизированных операций уже сегодня вытесняет руку хирурга-оператора из целого ряда специальностей.

Серьезной медико-социальной проблемой станут деменции и болезнь Альцгеймера: осознавая это, уже сегодня ученые вкладывают огромные силы, чтобы понять их глубинные механизмы. Удлинение жизни и сохранение ее ранее обреченным на смерть людям поставит перед врачами и учеными будущего новые клинические и этические вопросы; перед нами откроются заболевания, о которых сейчас трудно даже предполагать.

Очевидным следствием этого станет, безусловно, массовое применение средств активной и пассивной эвтаназии и связанные с этим политические, религиозные и философские изменения. Эвтаназия станет технологическим явлением. Человек сможет жить дольше, но не факт, что он этого захочет.

Упрощение коммуникации между людьми и прогресс средств связи, равно как и увеличение темпа жизни, неизбежно приведет к изменению структуры психиатрической патологии. Депрессия, неврозы навязчивых состояний и шизофреноподобные психозы будут иметь огромную распространенность и потребуют внедрения новых средств психофармакотерапии. Человек будущего будет потреблять препараты для коррекции настроения аналогично современным витаминным добавкам.

Возрастание доли дорогостоящих и высокоэффективных методов лечения и профилактики тяжелых болезней будет способствовать социальному расслоению общества. Высокотехнологичная медицина будущего станет медициной для богатых, в то время как качество оказания помощи бедным слоям населения будет снижаться от одного десятилетия к другому. Это будет становиться причиной протестов и политических явлений, последствия которых трудно будет предсказать.

Станет ли врач будущего умнее и прогрессивнее? Несомненно. Будет ли человек будущего жить здоровее и счастливее? Едва ли.

Алексей Кащеев нейрохирург, преподаватель медицинского факультета РУДН