Вживление чипа в позвоночнике
А теперь о сенсации в мире медицины – уникальная разработка российских и американских ученых. Впервые медикам удалось поставить на ноги человека, прикованного к инвалидному креслу после сложного перелома позвоночника. Как возвращают радость движения тем, кто долгие годы был заперт в собственном теле.
Вот так, неспешно, Джеред Чинок ворвался в историю современной медицины. После пяти лет в инвалидной коляске он встал и пошел. Медицинское чудо сотворили российские и американские ученые.
«Я даже сидеть стал намного лучше, потому что окреп позвоночник. Я стреляю из лука, хожу по беговой дорожке. Да, мне пока нужны ходунки, и за мной присматривает тренер, но уверен, что скоро не буду нуждаться в помощи. Это главное для меня», – сказал он.
Он был прикован к инвалидной коляске после аварии на снегоходе. Перелом позвоночника как приговор. Пару лет назад Джереду предложили участие в эксперименте. В его основе разработка петербургского института физиологии РАН имени Павлова. К нему присоединилась интернациональная команда ученых из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса и клиники Мэйо из Миннесоты.
«Я участвовал в этой операции. Ему имплантировали такую электродную матрицу. Подавали импульсы на спинной мозг определенным образом», – объяснил доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией физиологии движения Института физиологии имени И. П. Павлова РАН Юрий Герасименко.
Медики имплантировали специальный чип в поясничный отдел спинного мозга. Именно в ту область, которая отвечает за движение. А в брюшину поместили стимулятор. Он подавал электрические импульсы, которые, с одной стороны, запускали парализованные ноги, с другой – эхом уходили в головной мозг. Одновременно тренеры помогали передвигать ноги. Шаг за шагом, мозг заново учился управлять телом. Словно ребенок, пациент сначала смог переворачиваться, потом вставать, ходить. На это ушел почти год.
«44 недели с ним работали. И по два раза в день. Это колоссальный такой труд. Но это обязательный и очень важный шаг, который доказывает принципиальную возможность вот восстановления функций двигательных после полного паралича», – подчеркнул Юрий Герасименко.
Сама идея родилась, когда такие электростимуляторы использовали для подавления сильной хронической боли. Ученые в Петербурге тогда заметили побочный эффект. Исследуя этот феномен, ученые сделали еще одно открытие. Долгое время считалось, что спинной мозг – это только канал передачи информации. Своеобразный кабель, по которому проходят сигналы из головного мозга. И при его повреждении шансов на восстановлении практически нет. Российские ученые доказали, что это не так. Даже при очень серьезной травме какая-то часть нервных волокон остается нетронутой. И хотя до этого она не была задействована в процессе движения, российские специалисты выяснили, как научить эти волокна передавать нужную информацию.
С помощью электростимуляции нервные клетки создают новые цепочки в обход поврежденного участка. То есть, организм сам чинит систему связи между головным и спинным мозгом. Впервые эту технологию опробовали на кошках. В институте даже появился тренажер с официальным названием – котоход.
«Кошку с полным переломом спинного мозга ежедневно, как того пациента, тренировали в таком котоходе. Видите, задние лапы у нее двигаются. Это и удивительно, и это исследовать еще и исследовать», – рассказала заместитель директора по науке института физиологии РАН им. Павлова Татьяна Мошонкина.
Что касается человека – пока процедура штучная. И в таком виде до обычной больницы не дойдет – дорого. Но маленький шаг для Джереда все же открыл огромные возможности для человечества.
Российские исследователи уже создали следующее поколение – беспроводной стимулятор. Электроды можно просто приложить к спине. Такой прибор в России намерены использовать также для лечения ДЦП, и не только.
«Мы заявляем, что в России создадим за два года технологию, которая не будет иметь аналогов в мире по лечению инсультов. И это все основано на стимуляции мозга. Это, действительно, дает надежду людям», – пообещал Юрий Герасименко.
Надежду миллионам людей по всей планете – эти разработки российских ученых могут лечь в основу новых интернациональных проектов. Несмотря на ослабление международных связей, эту нить ученые тоже смогли укрепить.
Источник
Парализованные люди получили надежду на выздоровление. Американские ученые изобрели мини-компьютер, который активирует спинной мозг. Чип, разработанный в Университете Луисвилля, улавливает частоту и силу электрических импульсов, а затем “заводит” поврежденную часть спинного мозга.
Микрочип помещается в небольшое устройство типа реле, закрепленное ниже области повреждения. С помощью электрических разрядов он подает сигналы через нервные окончания, активизируя неработающие участки спинного мозга.
Первые исследования на добровольцах с повреждениями спинного мозга показали, что технология успешно работает. В журнале New England Journal of Medicine исследователи из Университета Луисвилля сообщили, что в конце исследования два человека смогли стоять и делать небольшие шаги, а еще два пациента уже могут самостоятельно ходить. Встать на ноги людям помогло не только устройство, но и постоянная терапия. По словам исследователей, вмешательство не похоже на переключение переключателя. Добровольцы около двух месяцев проходили интенсивную физическую терапию и обучение, чтобы убедиться, что только один микрокомпьютер не восстановит полностью отказавшие участки спинного мозга.
“Важным моментом является то, что эта технология может вернуть парализованным людям контроль над телом, встать и пойти, это действительно дает надежду”, – сказал нейрохирург Кендалл Ли клиники Mayo. При этом исследователи уверяют, что микрочип позволяет втрое сократить время на терапию, улучшить моторику и чувствительность нервных окончаний.
Тем временем ученые из Стэнфордского университета разработали технологию, которая позволит сращивать переломы костей не несколько месяцев, а несколько недель, а также восстанавливать хрящи и бороться с последствиями артрита и остеопороза. С помощью машинного обучения исследовательская группа перебрала отдельные типы человеческих клеток, способных восстанавливать пораженные участки кости, быстрее доставляя действие лекарств и усиливая медицинский эффект. С помощью скелетных стволовых клеток стэнфордские ученые, как сообщает научное издание Engadget, собираются “выращивать” искусственные кости. Ими можно будет заменять сломанные кости, поврежденные участки скелета и хрящи.
Тем временем исследователи медицинской школы Университета Пенсильвании начали разработку специальной инновационной пены, которая способна заклеить любое ранение. Планируется, что пена будет расширяться и превращаться в гель при нанесении на рану. Давление от расширяющегося геля наряду с препаратом свертывания крови поможет остановить кровотечение. Грант на исследования выделило Минобороны США.
В России тоже уделяют большое внимание медицинским инновациям. Так, межведомственная рабочая группа по реализации Национальной технологической инициативы при правительственной комиссии по модернизации экономики и инновационному развитию России одобрила поддержку нескольких высокотехнологичных проектов. В частности, планируется создать “Платформу биобанков-5” – масштабировать сеть биобанков тканей, клеточных линий и других исследовательских продуктов в пяти российских регионах. “Создаваемые биобанки позволят собирать, изучать и анализировать биологические маркеры развития и прогрессирования опухолей, что, в свою очередь, поможет найти возможные терапевтические комбинации и выделить группы пациентов с теми или иными биомаркерами. Также биобанк может служить для определения эффективности отдельно взятой терапии, что особенно актуально в связи с развитием персонализированного лечения”, – сообщает Российская венчурная компания.
Проект “Спинальный нейропротез” предполагает разработку нейростимуляционного устройства для самостоятельной ходьбы больных с тяжелыми двигательными нарушениями после инсульта. В основе разработки лежит метод неинвазивной электрической стимуляции спинного мозга, разработанный руководителем проекта Юрием Герасименко. Нейропротез позволит инициировать и контролировать ходьбу малоподвижных и парализованных пациентов. Устройство предназначено для использования не только в неврологических и реабилитационных отделениях клиник – его также можно будет эффективно использовать в рамках домашней реабилитации. Спинальные нейропротезы будут в разы дешевле, чем их ближайшие аналоги – экзоскелеты, обещают в РВК.
Источник
Оглавление
Отметим сразу, что мы не рассматриваем здесь технологии имплантации, к которым все уже привыкли и которые давно вошли в нашу жизнь – кардиостимуляторы разного рода, искусственные суставы и протезы. Мы остановимся только на технологиях, связанных с миниатюрной электроникой и беспроводными коммуникациями.
1. Имплантируемые смартфоны
Мы стали практически неотделимы от наших телефонов и смартфонов, но разработчики уже работают над тем, чтобы сделать эту связь еще более плотной. И примеры использования такой технологии уже есть. В прошлом году художник Энтони Антонеллис имплантировал себе в руку RFID-чип, который может сохранять и передавать в смартфон изображения. Группа исследователей экспериментирует со встроенными датчиками, которые превращают человеческие кости в живые колонки. Другие работают над глазными имплантатами, которые позволяют фотографировать видимое изображение и передавать его в любое локальное хранилище, например, в тот же самый RFID-чип.
Но что заменит экран смартфона, если его имплантировать в тело человека? Специалисты компании Autodesk уже экспериментируют с “имплантируемым интерфейсом пользователя” (формулировка Autodesk), который способен показывать изображения через искусственную кожу. Другой вариант – эти же изображения могут напрямую транслироваться в глазной имплантат.
2. Лечащие чипы
Уже сегодня есть пациенты, которые используют имплантированные устройства, работающие совместно с мобильным приложением для того, чтобы контролировать течение болезни или даже ее лечить. Например, бионическая поджелудочная железа, которая проходит тестирование в Бостонском университете США имеет микро-сенсор на имплантированной в тело иголке, который передает на смартфон данные об уровне сахара в крови. А компания Stimwave Technologies разработала крошечное устройство-нейростимулятор для снятия болей в спине и ногах. Оно представляет собой беспроводной имплантат со встроенным чипом и электродами. Он вводится в организм с помощью обычной иглы и используется для нейростимуляции необходимых зон. Отметим, что это устройство уже одобрено управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, а значит будет внедрено для широкого использования в ближайшее время.
В агентстве DARPA (Defense Advanced Re Projects Agency) разрабатываются имплантаты в мозг, способные как записывать сигналы, приходящие из нервных узлов, так и стимулировать другие нервные узлы в реальном времени для того, чтобы эффективно переподключить поврежденные секции мозга, что позволит восстановить память.
Система способна одновременно обрабатывать 64 канала данных, получаемых с пары высокоплотным массивов электродов. При этом около уха размещается внешнее устройство, которое может обмениваться данными с имплантатом и контролировать его работу.
Ученые в Лондоне разрабатывают электронные капсулы, которые проглатываются пациентами и способны не только контролировать содержание жира в организме пациента с ожирением, но и генерировать вещества, которые заставят их чувствовать себя сытыми. В это же время в Станфордском университете в США разработали имплантируемый в тело человека чип, который может быть запрограммирован на осуществление определённых медицинских задач и передачи результатов беспроводным способом во внешнее устройство. Интересно, что устройство не требует питания, а электричество получает за счет направленного на него ультразвука.
И вот еще интересный пример. Компания Boston Scientific разработала имплантируемый нейростимулятор мозга Vercise, который предназначен для лечения людей с тремором (хроническое дрожание), включая эссенциальный тремор (болезнь Минора). Имплантируемое устройство содержит батарею, которое может работать в течение 25 лет без замены, а сам прибор может очень точно настраиваться в соответствии с анатомией и потребностями пациента, благодаря многочисленным независимым настройкам тока.
3. Роботы в кровеносных сосудах
Разработчики из бостонского Brigham and Women’s Hospital разработали компьютерный чип-убийцу рака, который может «жить» в крови пациента. Это так называемый микрофлюидный чип, покрытый длинными нитями ДНК, которые абсорбируют злокачественные раковые клетки. Действие этого чипа в крови напоминает движение и питание медузы в океане, только здесь питанием являются клетки рака. Причем раковые клетки могут быть извлечены из чипа позднее, если их необходимо изучить для диагностики.
Разработчики утверждают, что этот механизм захвата и высвобождения может использоваться как для диагностических целей, так и для терапевтического лечения при борьбе с раком.
В ближайшее время предполагается тестирования этой технологии на людях.
4. Умные татуировки
Татуировки сейчас в моде, поэтому почему бы не сделать их умными? Цифровые “татуировки” не только круто выглядят, но и могут выполнять полезные функции, например, разблокировать двери автомобиля или смартфон. Исследователи Иллинойского университета разработали имплантируемую сетку из компьютерных волокон, которые тоньше человеческого волоса и могут осуществлять мониторинг внутренних процессов тела с поверхности кожи. Компания с несколько странным названием Dangerous Things разработала NFC-чип, который имплантируется в палец с помощью очень простого процесса, похожего на нанесение татуировки, и позволяет вам разблокировать устройства или вводить код, просто указывая на нужный гаджет пальцем.
Специалисты Северо-восточного университета в США разработали систему в виде “татуировки” со встроенными наносенсорами, которая предназначена для контроля уровня кислорода в крови у пациентов с анемией. Эта же система может использоваться, например, велосипедистами для мониторинга уровня натрия для предотвращения обезвоживания. Метод заключается в инъекции под кожу раствора, содержащего специально подобранные наночастицы. Никакого следа на коже не остается, но эти наночастицы будут флюоресцировать, когда будут взаимодействовать с целевыми молекулами, например, натрия или глюкозы. Модифицированный iPhone контролирует изменения уровня флуоресценции, который отражает количество в теле человека этих веществ.
Ряд компаний занимается разработкой сенсоров в виде временной татуировки, т.е. тонкой пленки, приклеиваемой на кожу человека. В частности, компания Electrozyme разработала сенсор метаболических веществ, выделяемых вместе с потом, который позволяет спортсменам оценить свой электролитный баланс, уровень гидратации, напряжение мышц и физическую работоспособность. Особенность устройства в том, что он сделан в виде временной татуировки. А учёные из Калифорнийского университета анонсировали новую технологию по неинвазивному измерению уровня сахара у диабетиков в виде временной татуировки, которая помещается на кожу и способна выполнять функции глюкометра. В нее встроены датчики, с помощью которых может быть определен уровень сахара в крови. Это значит, что ежедневные тесты можно будет проводить без прокалывания пальцев. Разработка уже была протестирована семью добровольцами и доказала свою пригодность для точных измерений.
5. Электронные таблетки с обратной связью
Имплантаты могут коммуницировать не только с вашим смартфоном, они могут даже напрямую “общаться” с вашим врачом. В частности, британская исследовательская фирма разрабатывает электронные пилюли со встроенным микропроцессором, который может отправлять сообщения врачу непосредственно из вашего тела. Эти миниатюрные устройства передают врачу “внутреннюю информацию”, которая позволяет врачу убедиться, что вы правильно используете прописанные им медикаменты и они дают именно тот эффект, который необходим.
6. Встроенный контроль рождаемости имени Билла Гейтса
Фонд Гейтса поддерживает проект Массачусетского технологического университета по созданию имплантируемого женского контрацептива, который можно контролировать снаружи. Это миниатюрный, встроенный в тело чип, который генерирует небольшие количества контрацептивного гормона внутри женского тела и может работать до 16 лет без перерыва. Имплантация не более болезненная, чем нанесение татуировки. Кроме того, по мнению разработчиков, “возможность включить или выключить устройство – это очень удобный инструмент для тех, кто планирует состав своей семьи”. Тут главное не потерять свой пульт управления…
7. Интерфейс мозг-компьютер
Подключение человеческого мозга напрямую к компьютеру – это мечта (или кошмар) любителей фантастики и чудесных изобретений. И эта мечта, похоже, близка к реализации. Исследователи из компании BrainGate при Университете Брауна в США занимаются именно этой задачей, как сказано у них на сайте, “используя массив электродов размером с таблетку аспирина, имплантированный в мозг, наши ученые смогли показать, что сигналы нейронов могут быть в реальном времени декодированы компьютером и использованы для управления различными устройствами”.
По прогнозам Intel, практическое использование интерфейса компьютер-мозг человека начнется еще до 2020 года. Представьте, что вы получили способность пользоваться Интернетом, используя свои мыслительные способности. Это может показаться восхитительной возможностью, остается только научиться избавляться от путаницы в мыслях и пользоваться мозгом как инструментом. Возможно, это не такая простая задача, как кажется.
8. Растворимые батареи питания
Одной из проблем технологий имплантации является доставка питания в устройство, которое находится в теле человека. Вы не можете его подключить в розетку и не можете часто его извлекать, чтобы заменить батарею. Исследователи Лаборатории Драпера в Кембриджском университете разработали биоразлагаемую батарею. Он способна генерировать энергию внутри тела, передавать ее беспроводным способом, если это необходимо, а затем просто растворяться и исчезать. Другие исследователи пытаются понять, как использовать вырабатываемую телом глюкозу для генерирования энергии. Наверное многие из вас знают, как делается простая батарейка из клубня картофеля, так вот это очень похоже -только много меньшего размера и используется более продвинутая технология.
9. Бионическое зрение и глаз как сенсор
Австралийская компания Bionic Vision разработала прототип имплантируемого бионического глаза для пациентов, страдающих потерей зрения из-за неизлечимой болезни – пигментного ретинита. Это небольшое устройство напоминает видеокамеру, объектив которой расположен на специальных очках, а изображение передается с помощью имплантируемого устройства через зрительный нерв прямо в мозг. Пациентам с глубокой потерей зрения имплантируются в супрахориоидальное пространство глаза многоканальные электроды. Операция позволяет людям существенно улучшить их возможность ориентации среди различных объектов и способность определения вида предметов на столе.
А вот другой пример использования имплантатов в глаз. Немецкая компания Implandata Ophthalmic Products разработала имплантат, позволяющий обеспечивать постоянный мониторинг глазного давления для контроля развития глаукомы. Сейчас проводятся клинические испытания на первых пациентах, которым делается операция по удалению катаракты. Как часть стандартной операции по замене больной внутриглазной линзы на искусственную, беспроводное устройство помещается перед линзой. Имплантат, получивший название Pro-IOP, может осуществлять постоянный мониторинг внутриглазного давления, либо делать это по запросу через управляющее устройство, а данные через беспроводную сеть передаются врачу.
10. Умная пыль
Smart Dust или “умная пыль” – это, возможно, самая последняя инновация в имплантологии. Представьте себе матрицу из настоящих компьютеров с антеннами, каждый из которых много меньше песчинки, которая может самоорганизовываться внутри тела в любую нужную сеть для того, чтобы обеспечить выполнение различных сложных внутренних процессов. Представьте себе полчища этих микро-устройств, атакующих ранние проявления рака или приносящих облегчение боли в ране, или (как хочется пофантазировать!) используемых для хранения важной информации, которую будет очень трудно расшифровать или украсть.
Используя “умную пыль”, врачи смогут осуществлять различные действия в вашем теле без необходимости его разрезания – доставлять нужные лекарства в нужные места, проводить внутренние операции, осматривать внутренние органы и многое другое.
11. Имплантат для парализованных
При травмах позвоночника человек полностью или частично утрачивает подвижность – происходит это оттого, что нарушаются проводящие нервные пути в спинном мозге, передающие приказы от головного мозга к мышцам. Российские и швейцарские исследователи разработали мягкий субдуральный нейропротез, обеспечивающий электрохимическую стимуляцию спинного мозга. Этот имплантат содержит не только электроды, но и особые каналы, позволяющие передавать к нейронам химические стимуляторы. При этом использовали технологию мягких электродов – была создана гибкая полимерная основа для имплантата, сами же электроды сделали из силиконово-платиновых наночастиц.
Этот имплантат уже доказал свою эффективность на экспериментах с крысами – парализованные животные обретали способности ходить по прямой и подниматься по лестнице (с помощью поддерживающих устройств для компенсации плохо работающих мышц).
В государственном университете в штате Орегон (США) было разработано имплантируемое устройство, позволяющее людям с параличом предплечья или локтевого сустава частично восстановить способность пользоваться своей рукой. Это устройство, представляющее собой систему шкивов, имплантируемую в руку, было испытано и данные эксперимента сравнивались с результатами традиционной восстановительной хирургии. Новая технология позволяет сжимать кулак, затрачивая на это движение на 45% меньше усилий, а для того, чтобы держать в руке различные объекты, потребовалось на 52% меньше сил, чем при использовании прежнего метода. Немного странно это смотрится, напоминая известный фильм про Терминатора, но вполне возможно, что такая наполовину механическая рука может помочь многим больным людям.
Медицина – это сегодня одна из наиболее быстро развивающихся отраслей с точки зрения применяемых технологий и эти технологии становятся все более фантастичными. Мы не будем гадать, когда мы сами будем иметь возможность ими воспользоваться, возможно, еще очень нескоро, учитывая состояние здравоохранения в России. Но изменения происходят, и это радует.
Будущее уже здесь.
Источник