Гібридні технології. Як бозон Хіггса змінив медицину
Кольорові рентгенівські 3D-знімки
Європейська організація з ядерних досліджень CERN завідує найбільшим міжнародним проектом у фізиці високих енергій — БАКом, тобто Великим адронним колайдером. Від цього наукового центру найменше очікувалося новин, що стосуються медицини. Проте 10 липня CERN приголомшив повідомленням про те, що ті ж самі технології, завдяки яким в 2012 р. був відкритий знаменитий бозон Хіггса, вже починають впроваджуватися в медичну практику в Новій Зеландії.
Мова йде про гібридному піксельному детекторі Medipix, розробленому для відстеження частинок на Баку. Medipix реєструє кожну окрему частинку, проникаючу в його пікселі, що забезпечує дуже чіткі висококонтрастні зображення. На основі цієї технології новозеландський стартап MARS Bioimaging створив унікальний медичний сканер, що дозволяє отримувати замість звичайних чорно-білих рентгенівських знімків кольорові і притому об'ємні рентгенограми. Цей метод дозволить лікарям набагато більш впевнено ідентифікувати скановані органи і тканини, а значить, і ставити своїм пацієнтам більш точні діагнози.
Творці сканера — професора Філ і Ентоні Батлер (батько і син) з університету Кентербері і Отаго — витратили на нього 10 років. Сканер MARS об'єднує спектроскопічну інформацію, що генерується детектором Medipix, з потужними алгоритмами для виробництва кольорових 3D-зображень. Кольори представляють різні рівні енергії рентгенівських фотонів, що реєструються детектором, і, отже, виділяють різні компоненти частин тіла, в тому числі кістки, м'язи, хрящі, судини, жирові тканини, а також пухлини.
Дослідники вже використовували невелику версію сканера MARS для виявлення раку, хвороб кісток і суглобів, а також судинних захворювань, які спричиняють серцеві напади та інсульти. Це дозволило проводити більш точну діагностику і персоналізувати лікування.
У найближчі місяці пацієнти ортопедії та ревматології в Новій Зеландії будуть відскановані сканером MARS в ході клінічного випробування. Воно, як підкреслюється в повідомленні CERN, прокладе шлях для рутинного використання цього обладнання нового покоління в повсякденному медичній практиці.
Порятунок приносять дрони
Чи не настільки ж далекими від медицини, як бозон Хіггса, здаються дрони — літаючі роботи. Але робототехнічний проект Zipline із Силіконової долини вже довів, що його дрони вміють рятувати людські життя. У жовтні 2016 р. Zipline підписав державний контракт з Руандою на доставку життєво важливих ліків і донорської крові у важкодоступні регіони. У країні відкрито спеціальний розподільчий центр, за яким закріпили 15 дронов Zips. За словами представників Zipline, за два роки їх безпілотні літальні апарати здійснили понад 5 тис. абсолютно автономних рейсів і подолали 300 тис. км для доставки крові і ліків.
Половина вступників запитів — для жінок з післяпологовим кровотечею, ще третина — для маленьких дітей з тяжкою анемією через малярії, решта — за заявкою аварійних служб та рятувальників. Запит лікарі можуть зробити будь-яким зручним способом: зателефонувати, написати повідомлення, зв'язатися через месенджер. Після цього з розподільчого центру вилітає дрон, більше схожий на збільшений іграшковий літак. Він може розганятися до 130 км/год, тому вже через 15-30 хвилин прилітає на задану точку, скидає коробку (вона приземляється з парашутом) і повертається на базу. За дві хвилини до прибуття лікар отримує автоматичне повідомлення про те, що посилка майже на місці — можна виходити її зустрічати. Такий налагоджений механізм дозволяє істотно скоротити час доставки життєво необхідних ліків та донорської крові — на машині цей шлях зазвичай займає кілька годин.
Сьогодні на частку компанії припадає п'ята частина всіх доставок крові за межами столиці країни — Кігалі. У квітні 2018 р. Zipline заявив, що готується трансформувати і поліпшити систему доставки: час на обробку запиту скоротиться з 10 до однієї хвилини, а кількість щоденних рейсів зросте з 50 до 500. У планах проекту — запуск аналогічного сервісу в Танзанії. Крім того, вже в цьому або наступному році можливий вихід безпілотної логістики на ринок США, що важливо для тих регіонів, які страждають від повеней, засух, торнадо або ураганів.
Новий орган за 12 годин
Інший стартап із Силіконової долини — Prellis Biologics — відзначився унікальними успіхами в 3D-друку людських органів і тканин. Биопринтинг обіцяє стати революцією в медицині: ця технологія дозволить раз і назавжди вирішити проблему черг на трансплантацію донорських органів. Кожен день 22 людини в одних тільки США вмирають, так і не дочекавшись пересадки. Чергу нерідко розтягується на два-три роки. До того ж, завжди є ризик відторгнення чужого органу. Тому биопринтинг в перспективі може врятувати тисячі життів і зробити пересадку якщо не рутинною операцією, то, принаймні, цілком доступною і загальнопоширеною.
Prellis Biologics, запущений у 2016 р., передбачає вирощувати новий орган з клітин, взятих у пацієнта. За задумом, лікарі беруть біопсію, передають в Prellis, де створюються спеціальні умови для розмноження цих клітин. Коли їх стає достатньо багато, вчені доповнюють їх колагенової сумішшю і за допомогою лазерного променя формують штучний орган.
Все було б чудово, якби не час — вирішальний фактор у питаннях трансплантації. На створення штучного органу, за оцінками фахівців Prellis, потрібно півроку, іноді менше. Це, звичайно, набагато швидше, ніж жива черга на донорські органи, але у пацієнтів часто немає і цих місяців. Тому новина, яку Prellis повідомив в червні 2018 р., може дійсно зробити переворот в биопринтинге: вченим вдалося в сотні разів прискорити процес друку тканин. Голографічна 3D-друк Prellis Biologics дозволяє створювати складні микрососудистые системи, що забезпечують подачу поживних речовин і кисню в клітини. Ця технологія — основа майбутнього виробництва повноцінних людських органів, а поки тканини використовуються, наприклад, фармакологічними компаніями для тестування препаратів.
Стартап поставив перед собою мету здійснювати биопринтинг всієї судинної системи людської нирки менш ніж за 12 годин. Вже через 2,5 року Prellis планує провести пересадку надрукованій нирки щура, а ще через стільки ж часу — вивести на медичний ринок 3D-друк людських органів.
Биочернила для биопечати
Над завданням биопринтинга органів сьогодні працюють багато компаній. Але якщо є 3D-принтери, то потрібні і 3D-чорнило, а ось про них мало хто замислюється. Ринок супутніх товарів і сировини виявився не зайнятий просто тому, що був зовсім не настільки захоплюючий, як безпосередньо сам процес биопечати. Так було до тих пір, поки цим питанням не переймається Ерік Гатенхольм - засновник шведської компанії Cellink.
На момент запуску проекту в 2015 р. Гатенхольму було всього 25 років. За три роки Cellink стала лідером у своїй області: якщо у 2014 р. биочернила неможливо було придбати в інтернеті, обсяги виробництва були мінімальними і вимагали попередніх тривалих наукових досліджень, то з приходом Cellink закупівля чорнила стала поширеною практикою. Компанія виготовляє речовина з целюлози - її видобувають у лісах Швеції - і альгінової кислоти з морських водоростей. Що важливо, це стандартизовані, чорнила універсальні: вони сумісні з будь-яким типом людських клітин, використовуваних для друку тканин і органів. При цьому за ціною биочернила доступні практично будь-який, навіть не найбільшою лабораторії. Cellink поставляє свої чорнило і 3D-принтери в наукові центри США, Європи та Азії.
Практична користь очевидна: повсюдний доступ до матеріалів для 3D-принтинга значно прискорить сам процес друку органів, допоможе поставити його на потік. Також можна сподіватися на значне скорочення дослідів на тваринах, раз фармацевтичні компанії зможуть використовувати для своїх тестів зразки людської тканини, вирощеної штучно.