Медицина будущего: топ-пять имплантатов для физического и психического здоровья
Имплантаты, наряду с нанотехнологиями, по убеждению ученых, - основа медицины будущего. Такие технологии активно разрабатываются и оперативно внедряются в практику. В последнее время появилось сразу несколько устройств, способных произвести настоящую революцию в своих сферах.
От бактерий
На днях научные сотрудники университета Тафтса совместно с коллегами из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне представили крошечный электронный имплантат для борьбе с бактериальными инфекциями.
Устройство из шелка и магния имплантируется внутрь организма, удаленно активируется, после чего растворяется внутри тела. Лабораторные тесты на мышах показали, что бактерии кишечной палочки и стафилококка золотистого были полностью уничтожены в течение 20 минут.
Имплантат состоит из резистора змеевидной формы, энергопринимающей катушки из магния и специального слоя из протеина шелка, содержащего лекарственное средство. Имплантат удаленно получает радиосигнал, электронные компоненты нагревают магниевую составляющую, которая разрушает структуру шелковой подложки, высвобождая частицы лекарственного средства.
Обычные имплантаты не растворяются в организме и при необходимости должны либо удаляться, либо заменяться. Новые же будут после выполнения задачи полностью растворяться. Такие беспроводные устройства будут использоваться для устранения послеоперационных инфекций и станут основой для принципиально нового вида медикаментозного лечения с использованием Wi-Fi.
Для сердца
Американские ученые из Стэндсфордского университета создали беспроводной кардиостимулятор нового поколения, размер которого сопоставим с размером рисового зерна и обходится без аккумулятора. Электростимулятор получает необходимую энергию "по воздуху": при помощи специально разработанного зарядного устройства, излучающего электромагнитные волны определенной длины. Они преодолевают ткани тела и улавливаются антенной имплантата.
Некоторые медицинские устройства, включая слуховые аппараты, используют беспроводную передачу энергии "ближнего поля", которая может осуществляться в пределах очень малого расстояния в теле человека. В других устройствах, которые заряжаются без помощи проводов, используются волны "дальнего поля", которые не подходят для зарядки микросхем, имплантированных в тело человека, поскольку такие волны либо отражаются, либо поглощаются тканями тела. А зарядное устройство, разработанное стенфордскими учеными, генерирует волны "среднего поля", которые передаются "по воздуху", изменяют свои характеристики в теле человека и успешно достигают имплантированного устройства.
Новая разработка позволит полностью избавиться от аккумулятора или батарейки и значительно уменьшить размеры электростимулятора. В будущем такое устройство может стать полноценной заменой дорогостоящему медикаментозному лечению или громоздким имплантатам.
От диабета
Ученые из Гарвардской медицинской школы разработали специальный имплантируемый под кожу гель для лечения диабета, содержащий генетически модифицированные светочувствительные клетки. В перспективе его будут использовать для лечения различных заболеваний и контроля уровня токсинов у человека.
Свет является прекрасным инструментом для взаимодействия с биологическими системами, однако он рассеивается при попадании в ткани, причем это происходит уже на небольшой глубине, сразу под кожей. Ученые разработали имплантируемый гель, который может помочь решить эту проблему, направляя свет прямо под кожу. В экспериментах команда добавляла в гель различные типы генетически модифицированных клеток, чтобы применять его для лечения самых разных болезней - от рака до подагры.
Но в первую очередь его будут применять для контроля за сахарным диабетом. Для этого исследователи использовали волоконно-оптический кабель, подключенный к голове пациента. Свет заставляет клетки в геле образовывать соединение, которое стимулирует выработку инсулина и стабилизирует уровень глюкозы в крови. Конечной целью исследователей является сокращение количества повторных инъекций инсулина и постоянных анализов крови, необходимых пациентам для контроля и лечения диабета.
Отдельно ученые показали, что с помощью светочувствительного гидрогеля можно контролировать отравление кадмием. Флуоресцирующие клетки указывают, когда организм начинает страдать от токсина, еще не достигшего опасных концентраций.
Для контрацепции
Специалисты Массачусетского технологического института (MIT) разработали революционное устройство для контроля беременности - электронный чип, который вшивается под кожу женщины и имеет дистанционное управление. Устройство, выпускающее небольшие дозы гормона левоноргестрела, избавит от необходимости принимать оральные контрацептивы и будет действовать в течение 16 лет.
Благодаря имплантату, размеры которого составляют всего 20х20х7 миллиметров, организм будет регулярно получать по 30 микрограмм левоноргестрела. В отличие от других имплантируемых устройств, работу микрочипа можно остановить в любой момент при помощи дистанционного управления. Предусмотрена полная безопасность устройства, исключающая его активацию и деактивацию посторонним лицом без ведома женщины.
Имплантат будет применяться не только для контрацепции, но и для более точного дозирования любых препаратов. Это сделает лечение гораздо более эффективным и системным, а также позволит вводить каждому пациенту индивидуально подобранную дозу лекарства.
Для всего
Специалисты DARPA разработали миниатюрные электронные имплантаты для регулирования физического и эмоционального состояния человека - Electrical Prescriptions (ElectRx). Такие устройства в будущем заменят все виды медикаментов, постоянно контролируя состояние организма и, если нужно, устраняя проблемы. Таким образом будут лечить ревматоидный артрит, воспаление кишечника, эпилепсию, травматические поражения мозга, посттравматические стрессы и депрессию.
Методика базируется на новом направлении в медицине - нейромодуляции. Периферическая нервная система отслеживает состояние внутренних органов и регулирует реакцию тела на инфекцию или заболевание. Блокируя нервы, усугубляющие состояние организма во время болезни, устройство позволит работать только той части нервной системы, деятельность которой ведет к заживлению.
Планируется, что размеры нейромодулирующих имплантатов будут не больше величины нервных волокон. Их можно будет имплантировать с помощью укола и прикреплять к определенным нервным волокнам для предельно точной стимуляции. Технология ElectRx коренным образом изменит способ диагностики, мониторинга и лечения травм и заболеваний. Вместо лекарств организм будет поддерживать система замкнутого цикла, оценивающая его состояние и обеспечивающая необходимое стимулирование для здоровья всех органов.
