Грядет биореволюция

В ряде направлений медицины биотехнологи совершили прорыв

На наших глазах происходит техническая революция в области биотехнологий: людям вживляются импланты, создаются новые протезы, разрабатываются синтезаторы речи, пишутся программы, с помощью которых человек, лишенный движения, может управлять компьютером и выполнять функции здоровых людей.

Известия» узнали, какие новейшие разработки помогают людям, лишившимся мобильности в результате травмы или болезни, жить нормальной жизнью. И так ли страшно предсказываемое «киборг»-будущее, которое, судя по стремительному развитию технологий, совсем не за горами.

Фантастика или реальность?

Уже давно никого не удивишь применением передовых технологий в медицине. Повсеместно вживляются капсулы с лекарствами, активно применяются устройства, восстанавливающие слух, используются импланты для увеличения груди и протезирования зубов, в организм вводятся биочипы, контролирующие данные тела и передающие их на любое мобильное устройство…

Биотехнологии начали развиваться настолько бурно, что позволили ученым характеризовать этот процесс как настоящую биореволюцию. Одним из самых прорывных изобретений стала система нейрокомпьютерного интерфейса, созданная для обмена информацией между мозгом и компьютером. Она использует метод биологической обратной связи, то есть внешнее устройство может принимать сигналы мозга и посылать обратно, позволяя обмениваться информацией. «Мы начали понимать, как мозг человека учится формировать новые двигательные навыки после перенесенных травм или инсульта», — поясняет Александр Каплан, доктор биологических наук, заведующий лабораторией нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ.

Ученые также пытаются расшифровать мозговые коды, отражающие фокусирование внимания человека на внутренних образах. Что происходит в мозгу, когда человек, например, хочет сжать правую руку? Как посылается сигнал? «Основываясь на этих знаниях, мы переходим к практике — создаем интерфейсы мозг—компьютер, позволяющие преобразовать коды мозга в команды для набора текста или управления внешними устройствами: манипуляторами, протезами, бытовой техникой», — рассказывает специалист.

Пока большинство этих методик отрабатываются в лабораториях, но некоторые уже доступны пациентам. Например, известный британский астрофизик Уильям Хокинг давно применяет на себе новые разработки биофизиков. Полностью потеряв в результате редкого заболевания способность двигаться и говорить, Хокинг смог восстановить некоторые функции и общаться с миром: через датчики, подведенные к его мимической мышце и пальцу (единственными участками его тела, которые могут двигаться), он пользуется синтезатором речи, управляет компьютером. Программа «Эквалайзер» реагирует на движения, позволяя выбирать слова из меню на экране, а затем трансформирует в речь. Кстати, именно с помощью этого приспособления Хокинг написал свои знаменитые работы о происхождении вселенной, заслужившие Нобелевскую премию.

«Рука Терминатора»

Поскольку биотехнологии очень востребованы во всем мире, их развитие происходит очень быстро и распространяется на все большее количество областей медицины. Еще одним революционным новшеством становятся бионические протезы, которые полностью вживляются в организм и заменяют живую конечность или орган. Пару лет назад немецкие ученые-офтальмологи восстановили человеку зрение, впервые имплантировав электронный протез, поместившийся внутри глаза. А недавно российско-американской группой ученых была проведена уникальная операция, в результате которой настоящее, но больное сердце было заменено искусственным.

Но наиболее успешными пока являются разработки в области кибернетических экзопротезов конечностей. «Биопротезы, которые мы делаем, похожи на футляры, только для ног, оборудованные шарнирами и моторчиками на уровне коленного и голеностопного суставов. Они застегиваются по всей длине и крепятся на уровне пояса», — рассказывает Александр Каплан. В таких конструкциях инвалиды, ранее обреченные на пожизненное сидение в коляске, встают на ноги и начинают ходить. При этом все движения контролируются вшитыми в процессор этой конструкции программами.

Не менее фантастическими выглядят и протезы верхних конечностей, которые практически полностью выполняют функции обычных рук: движения кисти управляются активностью сохранившихся на культях мышц. Подобные протезы поставляют на рынок уже несколько компаний, некоторые даже предоставляют их добровольцам для бесплатного тестирования.

«Эта рука может примерно треть того, что и здоровая, — делится впечатлениями британец Экланд Найджел, потерявший руку и использующий такой протез. — Я не могу играть на пианино, зато могу одним пальцем поднять 40 килограммов и моя кисть поворачивается на 360 градусов. Но главное, что я теперь снова могу улыбаться». Бионический протез, который позволяет Найджелу готовить, завязывать шнурки, печатать на компьютере и водить машину, носит пугающее название «Терминатор». Внутри два датчика, реагирующих на сокращение мышц предплечья, — так сигнал от мозга передается к протезу, не требуя никаких усилий при управлении. Точно так же, как и здоровой рукой! Протез надевается и включается за секунды, а работает от обычного аккумулятора. Правда, время от времени, как и любая техника, «рука Терминатора» проходит через процедуру апгрейда программного обеспечения.

Поначалу Найджел опасался, что его рука будет шокировать окружающих, но в итоге он практически не использует имитирующую кожу силиконовую перчатку. Наверное, скоро, когда биопротезы будут применяться все чаще и чаще, они совсем перестанут удивлять окружающих… А некоторые вообще даже полагают, что будущее — за такими «модернизированными» людьми. Например, американская актриса и топ-модель Эйми Маллинз, лишившаяся обеих ног в возрасте одного года, совершенно не чувствует себя инвалидом. Она заявляет, что ее недостаток стал ее сильной стороной, ведь 24 «сменные» ноги позволяют ей делать то, что недоступно обычным людям. К примеру, когда хочется, быть на 15 сантиметров выше естественного роста. Ей, кстати, принадлежит три мировых рекорда на Паралимпиаде в беге на короткие дистанции и прыжках в длину. Эйми также вошла в список 50 самых красивых людей мира.

Превосходство людей, использующих протезы, пропагандирует и скандальный шестикратный паралимпийский чемпион Оскар Писториус, установивший мировые рекорды в беге и даже поучаствовавший в Олимпиаде, наряду с профессиональными спортсменами.

Скоро в продаже

Нейрофизиологам, участвующим в создании этих сложных приспособлений, помогают и ИТ-специалисты, также активно работающие в области биотехнологий и медицины. «Наши программы поддерживают новые стандарты доступности. Это значит, что если управлять компьютером можно с помощью мышки и визуального экрана, то такие же операции можно осуществлять с помощью голосового ввода или тактильного экрана», — убеждает Владислав Шершульский, руководитель программ технологического сотрудничества Microsoft.

Кроме того, айтишники активно разрабатывают программы и средства восстановления пациентов, перенесших инсульт. К примеру, технологии Kinect, которые уже испытываются в шестидесяти клиниках по всему миру. Еще одна важная область проникновения ИТ-технологий в исследования — методика дополненной реальности, которая применяется в основном в хирургии. «Проводя операцию по удалению опухоли головного мозга, например, хирург может видеть ее расположение внутри черепа с помощью средств компьютерной визуализации, — поясняет Владислав Шершульский. При этом врачу не надо отрываться от операции, чтобы касаться систем управления компьютером: тот сам распознает жесты, при необходимости увеличит или уменьшит масштаб изображения требуемого участка мозга и прочее. А это предвещает серьезный прорыв в хирургии…

Эксперты уверяют, что скоро с помощью новейших компьютерных программ будут созданы и другие устройства, которые позволят шагнуть далеко вперед разным отраслям медицины. «К перспективным разработкам я бы отнес прецизионное сканирование (томографию в реальном времени) нервной активности, позволяющее детально анализировать состояние мозга, а со временем и создать прямой интерфейс мозг–компьютер», — убежден Владислав Шершульский.

Большое будущее имеют также средства преобразования нервных импульсов (в электронные и обратно) на основе имплантов для управления протезами и воссоздания ощущений. Не менее важно новое поколение «интеллектуальных» вживляемых «лабораторий» постоянного мониторинга состояния пациента и дозирования лекарств, которые смогут вернуть к полноценной активной жизни людей, сегодня прикованных к громоздкому оборудованию. «Современные методы поиска и быстрых вычислений для формирования в реальном времени программ механических протезов и компенсаторов ментальных нарушений уже в скором будущем помогут человеку справляться и с нарушениями в построении фраз или подборе слов», — уверен специалист.

Недалеко то время, когда в лабораториях будут созданы протезы почек, печени, усовершенствован протез сердца… А значит, человеку будут даны шансы жить дольше за счет замены на протезы вышедших из строя жизненно важных органов и даже отдельных участков мозга. «Моему коллеге из Калифорнии Теду Бергеру, к примеру, в опытах на крысе удалось создать даже протез небольшого участка мозга, отвечающего за память», — восхищен Шершульский.

На любой карман

Все это звучит фантастично, однако, как говорят ученые, новые технологии скоро будут доступны для лечения совершенно обычного, не очень состоятельного человека, а некоторые из них — не так дороги уже и сейчас. «При серийном производстве в простейшем виде, например в виде интерфейса между мозгом и компьютером для набора текста без мышечных усилий, эта технология может стоить не более тысячи долларов», — говорит Александр Каплан. Но чем больше дополнительных опций — тем дороже устройство. К примеру, подключение к речевому синтезатору (как у Хокинга), увеличение числа команд для управления внешними устройствами и проч. «Эти устройства-посредники между мозгом и внешним миром становятся еще более дорогими, если предъявляются повышенные требования к их надежности, то есть к гарантии того, что каждая мысленная команда будет выполняться с минимальным числом ошибок и максимально быстро», — комментирует ученый.

Изменившаяся реальность

Пока ученые работают над созданием новых технологий, пытаясь облегчить и продлить людям жизнь, в обществе не прекращается дискуссия о киборг-будущем, в глазах некоторых — будущем пугающем. Многие опасаются появления машинно-человеческих гибридов — киборгов, напичканных электроникой и управляемых извне…

Однако другие ученые считают эти опасения предрассудками, появившимися от отсутствия правильной информации, что это — естественный процесс, люди страшатся размытия этических границ между человеком и машиной. «Человека человеком делает собственный мозг, а биотехнологи в эту область практически не вмешиваются, — утверждает Александр Каплан. — Мы не создаем электронно-механических монстров, никак не воздействуем на мозг, и мне даже представляется, что подобные попытки обречены на провал». Ученый успокаивает: сейчас никаких предпосылок к тому, что когда-нибудь можно будет подключиться к нашим нервным клеткам проводами.

Путь, по которому сегодня развиваются нейрофизиология и биотехнология в десятках научных лабораторий по всеми миру, — создание нейроинтерфейсов — максимально полной помощи человеку, который по той или иной причине лишился конечностей или речи. Человек будет оставаться человеком до тех пор, пока будет сохраняться его память, его эмоции и мысли, его личность, а ученые — лишь будут при необходимости помогать ему управлять телом. «Скоро с помощью мощных нейроинтерфейсов мозг сможет не только управлять внешними устройствами и курсором на компьютере, но и руководить экзоскелетными конструкциями и протезами. Человек сможет находиться «на ногах», даже если собственное тело уже не слушается команд мозга», — уверен эксперт.

Между прочим, американец Мигель Николелис, один из самых известных ученых в области нейроинтерфейсов, пообещал, что в этом году на чемпионате мира по футболу на поле выйдет игрок, который после тяжелой травмы потерял способность к движениям: его тело будет одето в управляемый от мозга экзопротез. Будем болеть за него.

Истории успеха

Победители рака

Если результаты исследований, которые проводит компания «Фьюжн Фарма», окажутся положительными, то пациенты совсем скоро, уже в следующем году, смогут почувствовать на себе действие нового лекарства для лечения рака крови!

Резидентом Фонда «Сколково» в кластере биомедицинских технологий компания стала в 2011 году. «Тогда у нас было две крайне перспективные молекулы, которые обладали отличными характеристиками в так называемых экспериментах «в пробирке», — вспоминает генеральный директор «Фьюжн Фарма» Гермес Чилов. — Однако то, что соединение работает «в пробирке», еще не значит, что оно будет лечить людей, и было необходимо проведение дальнейших исследований». В апреле 2012 года компания получила грант, на средства которого были детально изучены свойства этих препаратов. Эксперименты в лабораторных условиях позволили остановить выбор на одном из них — PF-114, и сейчас заканчиваются доклинические испытания этого лекарства.

…Еще до начала работы над новым препаратом команда молодых ученых — выпускников химического факультета МГУ создала высокоточный метод предсказания биологической активности соединений и реализовала его в компьютерной программе LeadFinder, которая стала одной из лучших современных программ для дизайна лекарственных препаратов.

Затем к команде подключились опытные медики-химики и химики-синтетики, что позволило не только предсказывать, но и синтезировать новые молекулы и проверять их воздействие. «Зная недостатки всех существующих препаратов для лечения рака крови (хронического миелолейкоза), мы провели целенаправленный дизайн, а затем — синтез уникального препарата нового поколения PF-114, превосходящего по эффективности лучшие зарубежные аналоги и достаточно безопасного, согласно данным исследований на животных, — отметил Гермес Чилов. — Наша разработка по сути является единственной надеждой для многих пациентов, поэтому мы как можно быстрее хотим начать клинические исследования, чтобы препарат стал доступен для больных людей».

В этом году компания планирует закончить доклинические исследования PF-114 и перейти к международным клиническим исследованиям. После этого новое лекарство от рака крови должно выйти как на российский, так и на международный рынок, став доступным для каждого пациента.

Источник: http://izvestia.ru

There are no comments

Add yours

Отменить ответ

Comment

Name

Email

Url

Введите код с картинки (CAPTCHA) *