Eng
RusБудущее
В последние несколько лет композитные материалы стали крайне востребованы в мире и используются во многих секторах экономики — от военной промышленности до предметов повседневного потребления. Медицина придерживается тренда, предлагая как дополнительные решения в сфере «классических» методов лечения, так и прогрессивные технологии, основанные на инновационных материалах и полученных с помощью 3D-печати органов.
Перспектива углеволокна
Новые материалы для протезов и внутренних органов — тот сектор новейшей медицины, который начал развиваться раньше всех. Медики увидели в нем преимущества в виде создания компонентов с заданными свойствами, а бизнес — возможности тиражирования технологии и заработка.
Компания Umatex (входит в госкорпорацию «Росатом») специализируется на производстве медицинских изделий из композитных материалов на основе углеродного волокна. Среди их преимуществ — возможность относительно беспроблемной интеграции в живой организм. В компании отмечают, что многочисленные исследования волокна позволили доказать его высокую биологическую совместимость с телом человека, что позволяет использовать углекомпозиты для производства имплантатов и протезов.
Материал характеризуется минимальными аллергическими реакциями, высокой прочностью, статической и динамической выносливостью, высокой удельной жесткостью и низкой способностью к деформации. В настоящее время углекомпозиты широко используются для производства различного вида имплантатов: от полной или частичной замены частей тела (позвоночника, межпозвоночных дисков, суставов, костей и других) до протезирования конечностей.
Раньше всего имплантаты на основе углеволокна стали применяться в стоматологической практике, так как в этом направлении медицины используются небольшие по объему элементы и адаптация их в организме происходит быстро. Углеродные имплантаты в ортопедии, травматологии, нейрохирургии и челюстно-лицевой хирургии начали применять в конце XX века, однако массовому применению таких материалов в медицине пока препятствует их высокая стоимость, указывают в Umatex.
Наряду с материалами, которые уже частично успели себя зарекомендовать, разрабатываются принципиально новые медицинские решения. В апреле Институт цитологии и генетики РАН объявил, что его специалисты путем изменения структуры частиц создали наноматериал с новыми антибактериальными свойствами.
Ученые нашли способ получать вертикально ориентированные пластинчатые наночастицы при относительно низкой температуре. «Такая ориентация позволяет расположить на одинаковой площади подложки значительно больше наночастиц, из которых состоит материал, а также изменять его свойства... Это схоже со строительством в центре города высотки вместо одноэтажного офисного здания: при занятии одинаковой площади земли количество рабочих мест и прибыль будут многократно выше»,— отмечал тогда научный сотрудник лаборатории функциональных пленок и покрытий института Иван Меренков.
Данное открытие, отмечают в центре, очень важно, если говорить об использовании нового материала на практике, например, в качестве антибактериального покрытия медицинских инструментов. В настоящее время ученые намерены подробнее изучить механизм гибели бактерий при взаимодействии с наностенками, чтобы создание антибактериальных покрытий стало более целенаправленным и эффективным. У материала есть и другие полезные свойства: например, при облучении электронами он начинает излучать свет, что можно использовать в промышленном секторе.
Биопринтер
Тесно сопряженное с новыми материалами направление — 3D-печать органов. И если создание протезов конечностей в той или иной мере уже освоено и реализовано, то с внутренними органами все не так однозначно. Впрочем, прогресс есть и в этом направлении. Недавно исследователи из Тель-Авивского университета впервые в мире «напечатали» живое сердце из человеческой ткани.
В рамках эксперимента было создано несколько десятков сердец, которые будут пересажены животным, чтобы проверить функциональность органа. Размер каждого экземпляра составляет около двух с половиной сантиметров, что соразмерно сердцу кролика. На одно сердце принтер тратит около трех с половиной часов.
Как утверждают ученые, исследование открывает путь к медицине будущего, в которой пациентам больше не придется ждать пересадки органов или принимать лекарства, чтобы предотвратить их отторжение. Использование технологии, считают в университете, с помощью тканей и клеток человека в ближайшие десять лет сделает возможным создание для пересадки любого, персонифицированного под каждого пациента, органа.
Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и ее инвестор — медицинская компания «Инвитро» — реализуют проект по печати живых тканей в космосе. Разработка космического принтера осуществляется в рамках соглашения с ПАО «РКК "Энергия"», в соответствии с которым принтер будет отправлен на российский сегмент МКС для проведения ряда экспериментов по печати органных конструктов с дальнейшей транспортировкой на Землю для изучения.
По словам генерального директора «Инвитро» Александра Островского, технологии биопечати органов могут использоваться для лечения раковых заболеваний, в частности, увеличивая скорость подбора необходимых препаратов. «У нас как одна из целей стоит задача выхода в персонализированную медицину. Например, работа с токсичностью определенных препаратов, в том числе онкологических»,— отмечал он, указывая, что если можно напечатать трехмерную ткань разных органов конкретного человека, то можно проверить и токсичность тех или иных противоонкологических препаратов, которые могут быть использованы в лечении.
Решение «на автомате»
Для того чтобы создавать композитные материалы с заданными характеристиками, контролировать механизм 3D-печати органов, моделировать рецептуру фармацевтических препаратов и методов лечения, используются различные программы и аппаратные комплексы. Так, Российский фонд прямых инвестиций (РФПИ) намерен направить около 100 млн рублей в развитие компании Oncobox, разрабатывающей решения в сфере диагностики онкологических заболеваний на основе искусственного интеллекта (ИИ).
В настоящее время Oncobox работает над платформой, которая позволит осуществлять молекулярную диагностику онкологии на разных стадиях. Моментально обрабатывая большие объемы данных о пациенте, искусственный интеллект будет подбирать оптимальные лекарственные препараты и наиболее подходящие методы лечения. Согласно данным проведенных клинических исследований, эффективность таргетной химиотерапии для пациентов поздних стадий с применением технологий Oncobox возрастает до 70%.
«Oncobox занимается разработкой уникального продукта с инновационным подходом к лечению. Преимущества ИИ сделают самые современные медицинские разработки доступными для докторов по всему миру, существенно увеличивая шансы пациентов на успешное выздоровление»,— отмечал глава РФПИ Кирилл Дмитриев.
Американская IBM разрабатывает медицинский проект на основе суперкомпьютера Watson. Суперкомпьютер способен проанализировать около 40 млн документов в течение 15 секунд и предложить наиболее подходящие методы лечения. Такой ИИ будет помогать врачам в анализе больших данных, мониторинге как отдельных пациентов, так и целых социальных групп, принятии важных клинических и профилактических решений.
Уже сейчас искусственный интеллект и специальные программы используются при разработке лекарственных средств и при моделировании их влияния на различные болезни, сокращая побочные эффекты и создавая оптимальную химическую формулу. Увязав работу ИИ с внедрением новых материалов и технологией 3D-печати, можно будет значительно ускорить лечение пациентов с различными заболеваниями и продлить срок жизни человека. Пока многие решения работают лишь в тестовом и экспериментальном режимах, однако, если учесть современные темпы развития технологий, в перспективе 10–15 лет многие из них могут быть поставлены «на поток» и реализованы уже не в единичных и опытных образцах, а в серийных.
