Медицина будущего лечение глаз

Биотех и медицина – одни из самых модных, востребованных и интересных направлений в высокотехнологичном бизнесе. Тысячи амбициозных стартапов привлекают миллиарды инвестиций и представляют продукты, которым место скорее на страницах фантастических романов. Хирурги, которые видят ваше тело насквозь, неразличимые глазом датчики, анализирующие информацию о вашем самочувствии, кибернетические конечности для инвалидов, лазерные скальпели, генная терапия, роботы-сиделки и многое другое. Как все это меняет мир медицины и что нас ждет в ближайшем будущем?

Диагностика

Основа лечения — правильный диагноз, поэтому почти треть современных компаний в биотехе так или иначе связаны с мониторингом физического состояния человека. Наиболее перспективное направление развития — внедрение в организм микродатчиков. Это могут быть небольшие таблетки вроде создаваемых FitBit, или биометрические татуировки, такие как VivaLNK, или RFID — микрочипы, имплантируемые под кожу. Подобные датчики не только в режиме реального времени измеряют все важные параметры здоровья, но и создают полноценную медицинскую карту в облаке, которую может использовать лечащий врач.

Проекты вроде Qualcomm Tricorder X Prize или Viatom Check Me, измеряющие пульс, температуру тела, насыщение ее кислородом, систолическое и артериальное давление, физическую активность и сон, открывают новую страницу в медицинской помощи. Вместо текущих симптомов врач видит динамику на протяжении месяцев. Сами пациенты получают возможность оперативнее замечать негативные изменения в своем состоянии, а медицинские и страховые компании использовать больше данных для оптимизации расходов на лечение и страхование.

Замена и модификация органов

Кростехнологичные проекты обеспечивают прорывы в большинстве медицинских направлений. Например, сочетание 3D-сканирования, 3D-печати, продвинутого софта и новых полимеров произвели революцию в области стоматологии. Если раньше люди вынуждены были выпрямлять зубы и исправлять прикус посредством болезненных, долгих операций, вроде протезирования или брекетов, то сейчас на рынке появилась технология «элайнеров», индивидуальной программы использования прозрачных фиксаторов с минимум неудобств. Еще пять лет назад, когда я только основал компанию StarSmile, об элайнерах в России знали единицы, сегодня – эта технология прочно входит в нашу действительность, особенно с появлением большего количества биосовместимых материалов. В мире уже появились специализированные компании, типа немецкой Next Dent, сосредоточенных только на разработке новых материалов. И их усилия уже приносят свои плоды: сегодня доступны материалы, из которых можно печатать пластиковые временные коронки или целые съемные протезы в нескольких цветах.

Медицинская 3D-печать и биотехнологическая промышленность заново проектируют весь мир фармацевтики и донорских органов. 2016 был годом успешной 3D-печати печени, артерии и кости. Пересаженные органы показали успешное приживление: поскольку новые ткани основаны на генетической карте самого пациента, то риск отторжения при удачной пересадке минимален. Более того, новые органы сами развивали в себе сеть сосудов и капилляров. В этом году Harvard’s Wyss Institute вплотную приблизился к созданию искусственной почки. И уже в ближайшем будущем врачи смогут напечатать замену для любого органа в нашем теле. Аналогичная ситуация в фармацевтике – 3D-принтеры будут готовить для пациентов дозы лекарств, распечатанных на месте по модели, подготовленной индивидуально лечащим врачом.

Параллельно с печатью живых органов развивается индустрия создания киборгов. Сейчас автоматизированные протезы имеют замещающий характер: миллионы пациентов носят имплантированные дефибрилляторы или кардиостимуляторы, роботизированные конечности, подключенные к нервной сети. Но потенциал развития данного направления гораздо выше, чем простое замещение. Достижения в области будущей медицинской техники будут направлены не столько на ремонт физических недостатков, сколько на создание органов более совершенных, чем спроектированные эволюцией. Зрение во всех областях спектра, усиленные мышцы, сердце, которое никогда не перестанет биться, легкие, позволяющие дышать под водой или в удушливом дыму и т. д. Но пока такие направления остаются чисто теоретическими, работают гораздо более простые, но тем не менее эффективные проекты вроде е-NABLING. Это программа по свободному обмену 3D-моделями доступных протезов плюс инструкции по их печати и эксплуатации.

Исследования

Следующее важнейшее направление биотеха — модернизация процесса R&D. В этой области отчетливо заметны два крупнейших направления: изучение генома человека и моделирование физических процессов с помощью специализированных программ. В мире уже испытывается целая серия микрочипов, которые могут быть использованы в качестве моделей человеческих клеток, органов или целых физиологических систем. Преимущества такой инновации неоспоримы: вместо долгих и опасных исследований компании могут программировать поведение и реакцию человека на тот или иной раздражитель в контексте биотеха на разрабатываемые лекарства. Эта технология спровоцирует революцию в области клинических испытаний и полностью заменит тестирование на животных и людях.

Проект расшифровки генома человека начался около 30 лет назад, но настоящие прорывы были связаны с ростом вычислительной производительности компьютеров. Сейчас эта работа близка к завершению, определено большинство функций генов в ДНК-цепочке человека. На практике это означает начало эры персонализированной медицины, когда каждый пациент сможет получить индивидуальную терапию с настраиваемыми лекарствами и дозировками. Уже сейчас существуют сотни основанных на фактических данных приложений для персональной геномики. Метод быстрого генетического секвенирования был впервые применен командой Стивена Кингсмора для спасения жизни маленького мальчика в 2013 году. Тогда это было невероятным, крайне затратным и уникальным по своей эффективности случаем. Уже в ближайшем будущем это станет обыденной медицинской практикой.

Операции будущего и новое образование

В медицине еще долго будет необходимо присутствие живых врачей. Но благодаря технологиям у них в распоряжении будет нечто большее, чем два обычных глаза: на помощь придет дополненная реальность. Уже сейчас эта, на первый взгляд развлекательная, технология начинает проникать в медицинскую сферу. Цифровые контактные линзы от Google корректируют курс лечения диабета через измерение уровня глюкозы в слезных протоках. Разработка Microsoft Hololens (использование AR во время операций) уже проходит тестирование в Германии. Получаемые через сканирование данные проецируются на очки хирургу, так что доктор буквально может смотреть сквозь тело пациента, видеть кровеносные сосуды перед началом разреза, определять плотность и структуру ткани. Как дополнительное улучшение можно использовать интеллектуальные инструменты: например, хирургический нож iKnife от Imperial College работает как световой меч джедаев. Электрический ток позволяет делать надрезы с минимальной потерей крови, а испаренный дым анализируется масспектрометром в режиме реального времени, давая хирургу полную картину по составу тканей организма.

Еще одна сфера применения AR – программы медицинского обучения. В 2016 году доктор Шафи Ахмед провела первую операцию с использованием камер виртуальной реальности в больнице Royal London. Каждый желающий мог наблюдать за ней в режиме реального времени через две камеры, дающие обзор в 360 градусов. Технологии могут совершенно изменить форматы профильного образования: молодые медики будут изучать анатомию на виртуальных таблицах рассечения, а не на человеческих трупах, а сотни учебных томов будут преобразованы в виртуальные 3D-решения и модели с использованием дополненной реальности. Именно в этом направлении сейчас работают такие компании, как Anatomage, ImageVis3D и 4DAnatomy: интерактивный софт, построенный на дополненной реальности и моделировании ресурсов.

Забота о пациентах и медицинский суперкомпьютер

Роботы постепенно входят в мир заботы о пациентах. Работа врача – поставить диагноз, назначить лечение или провести операцию, а круглосуточный уход можно переложить на плечи разумных автоматов. Сейчас на рынке развиваются сразу несколько подобных проектов. Робот TUG – мобильное устройство, способное нести несколько стоек, тележек или отсеков, содержащих препараты, лабораторные образцы или другие чувствительные материалы. RIBA и Robear используются в работе с пациентами, которые нуждаются в помощи: оба могут поднимать и перемещать пациентов в постели, помочь пересесть в инвалидную коляску, встать или приподняться, чтобы предотвратить пролежни, взять ряд анализов и передать их врачи.

Помимо механических помощников в медицине активно используются методики машинного обучения. Разрабатываемый IBM Watson – искусственный интеллект в области медицины, будет помогать врачам в анализе больших данных, мониторинге как отдельных пациентов, так и целых социальных групп, принятии важных клинических и профилактических решений. Watson имеет возможность прочитать 40 млн. документов в течение 15 секунд и предложить наиболее подходящие методы лечения. Также суперкомпьютеры привлекаются к разработке лекарственных средств для моделирования их влияния на различные болезни, сокращения побочных эффектов и поиска оптимальных химических формул. Еще одно направление – статистика и администрирование. Google Deepmind Health использует данные медицинской документации, чтобы обеспечить наиболее востребованные, эффективные и быстрые услуги в области здравоохранения.

В качестве резюме

Нельзя не упомянуть и о рисках, которые несут в себе прогрессивные технологии. Например, развитие видеоигр спровоцировало синдром зависимости и даже посттравматические расстройства, шлемы виртуальной реальности вызывают привыкание и проблемы со зрением и координацией. Медицинский 3D-принтер наверняка сможет распечатывать не только полезные витамины, но и героин. А лекарства на основе генома в руках террористов – потенциальная угроза появления биологического оружия. Как и любой аспект прогресса, развитие медицины несет в себе множество угроз, и какая чаша весов в итоге перевесит, предсказать невозможно.

«Когда я впервые увидел человека, подумал: «Как это так! Не может быть!» Снимаю очки — ничего не видно. Надеваю — человек передо мной стоит».

58-летний Григорий Ульянов из Челябинска стал первым в России пациентом, которому имплантировали бионический глаз. Операцию ему сделали летом прошлого года. А в декабре в нашей стране была проведена вторая операция по имплантации уникального устройства — обладателем импланта стала землячка Григория Антонина Захарченко. Теперь, чтобы видеть, им достаточно надеть устройство в виде очков, а дальше запускается процесс передачи изображения в мозг.

При создании устройства разработчики выбрали привычную форму очков, которая не привлекает внимание. Вся система состоит из внешних и внутренних элементов. Внешние устройства: микрокамера, которая находится в очках, и преобразователь размером с мобильный телефон, который крепится на поясе.

«Преобразователь переводит визуальное изображение в цифровую информацию, которая возвращается к очкам, — рассказал врач-офтальмолог, который провел уникальную операцию, Христо Тахчиди. — На боковой дужке очков находится антенна, которая с помощью радиоволн передает информацию на глазное яблоко».

Операция по внедрению в глаз внутренних элементов шла шесть часов. Сложность состояла в том, что за это время врачам необходимо было провести по сути несколько операций: замена хрусталика и стекловидного тела, затем установка на глазном яблоке всей конструкции. «Условно говоря, это бандаж вокруг экватора глазного яблока, на который крепится микроантенна и микропреобразователь. Далее через микроразрез внутрь глаза имплантируется микрочип с микрокабелем. Микрочип имплантируется на сетчатку и фиксируется», — продолжает Христо Тахчиди.

Вторая сложность заключалась собственно в формате — «микро». Одно неправильное движение грозит обернуться повреждением конструкции, а хрупкость деталей требует аккуратности и колоссального напряжения. «В микрокабеле — 60 микроскопических проводков, идущих к такому же количеству электродов микрочипа, если вы этот кабель два-три раза перегнете, какое-то волокно надорвется, если пережмете пинцетом, можно перекусить несколько волокон. Поэтому все манипуляции осуществляются с ограниченным количеством движений, а все инструменты обернуты в силиконовые трубочки», — рассказывает врач.

Впрочем, в Научно-исследовательском центре офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова провели операции с лучшим показателем, какой только мог быть. «Очень хорошим результатом считается, если при такой операции потеряны пять электродов, — отметил Христо Тахчиди. — У нас в обоих случаях — ноль. Конструкция оказалась в целом состоянии».

Бионический глаз способен вернуть зрение людям с тяжелой формой наследственного заболевания — пигментный ретинит, при котором зрение уходит с возрастом постепенно.

Первые проблемы со зрением Григорий Ульянов испытал в пять лет, ситуацию осложняло ухудшение слуха после перенесенного гриппа. «О проблемах со зрением молчал, никому ничего про это не говорил, — вспоминает Григорий в интервью ТАСС. — А мой плохой слух окружающие сами заметили. Из-за него учился не очень успешно». В итоге из ближайшей к башкирскому селу Месягутово школы подростка отправили в Уфу, в школу-интернат для слабослышащих.

Все начинается с философии, понимания мира, взаимоотношений людей, социума, явлений природы, их взаимоотношений с людьми. Это фундамент человеческих знаний, к которому нам необходимо возвращаться

С возрастом зрение продолжало ухудшаться. Григорию пришлось уйти с Челябинского тракторного завода. «Спустя несколько лет зрение упало еще сильнее — без трости уже не мог ходить. А в 1996–1997 году я окончательно ослеп», — рассказал Григорий.

История 57-летней Антонины Захарченко удивительно похожа на судьбу Григория — обучение в сельской школе, затем переход в интернат для слабослышащих, получение инвалидности и увольнение из детского садика из-за ухудшения зрения. В 2004 году Антонина ослепла полностью.

О том, что современные технологии возвращают зрение, женщина вместе с мужем узнала в интернете.

«В прошлом году прочитали, что людям делают операции на глазах, восстанавливают зрение, — рассказала Антонина. — Стали интересоваться и нашли, что можно подать заявку в Фонд поддержки слепоглухих «Со-единение». Нашу заявку приняли, мне предложили пройти обследование. Я согласилась. По итогам был ответ, что мне операцию делать можно».

Григорий о шансе снова начать видеть узнал от заместителя председателя Областной общественной организации слепоглухих «Эльвира» Натальи Залевской. «Она об этом прочитала где-то в интернете. Я сначала не понял, о чем вообще идет речь, — есть очки, которые надеваешь и видишь окружающий мир в черно-белом варианте», — вспоминает Григорий.

Антонина признается, что сомнений нужно ли проводить операцию не было. «Да, в то время мне еще было непонятно, что это такое, — рассказала она. — Но я совсем слепая, а хотелось бы видеть».

Спустя две недели после операции, когда воспаление спало и биологические процессы внутри глаза восстановились, врачи Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова впервые включили устройство, чтобы увидеть, как бионический глаз прижился у их пациентов.

«Первым предметом, который увидел, был контур человека. Видел контуры людей, которых было очень много, — вспоминает Григорий. — Постепенно стал видеть стаканы, ложки и многие другие предметы. Привык к новому зрению за два-три месяца. До операции я практически ничего не видел. После нее — стал различать предметы».

«Это только начало»

Сейчас имплантируемый в глаз модуль позволяет воспринимать мир только в черно-белом цвете в виде контуров. «Сам предмет выглядит как белое поле, а по краям у него все черное, — описывает Григорий. — Могу брать их в руки, к примеру, ручку, телефон… На улице вижу бордюры, ямы, контуры людей. Это намного лучше, чем не видеть вообще ничего».

«Первое, что увидела, были вспышки. Я подумала: «Наконец-то я хотя бы что-то вижу!» — вспоминает первые впечатления от использования бионического глаза Антонина Захарова. — Сейчас я дома очки надеваю и хожу в них. Пока у меня получается различать стены, двери, и видно, если кто-то идет навстречу».

Пока что операции проводятся только при диагнозе пигментный ретинит и на определенной стадии заболевания — когда человек еще воспринимает свет, но уже не может определить его источник. Именно до такой стадии пигментный ретинит развился у Григория и Антонины.

Однако специалисты уверены: в ближайшем будущем технологии позволят людям с физической инвалидностью — со слепотой и глухотой — воспринимать мир почти так же, как воспринимают его здоровые люди.

Впрочем, бионический глаз, который имплантирован Григорию и Антонине, — это уже вторая модель ретинального импланта — Argus II c 60 электродами. Первая модель Argus I включала всего 30 электродов. Всего в мире проведено около 300 операций по имплантации бионического глаза.

«Электроды — это как пиксели в компьютере, — популярно объясняет Христо Тахчиди. — Они отвечают за четкость изображения». Григорий Ульянов стал 41-м пациентом в мире с системой Argus II, Антонина — 56-м. Уже сейчас специалисты трудятся над созданием новой модели Argus III, которая будет передавать изображение по 200 электродам.

«Вспомните, каким был первый мобильный телефон или компьютер, — говорит Христо Периклович. — Однозначно, со временем устройство будет передавать цветное изображение. Сейчас мы ответили на самый главный вопрос — можно ли с помощью современной электроники передать зрительную информацию в мозг. Мы уже научились успешно это делать и хотим пойти дальше, сделать картинку цветной и четкой — максимально приближенной к привычным представлениям об окружающем мире. Это уже техническая задача ближайшего будущего».

Движение в направлении микромира

Впрочем, в начале даже Христо Тахчиди, выдающийся офтальмолог страны, ученик и преемник известного глазного микрохирурга Святослава Федорова, не сразу воспринял идею о бионическом глазе серьезно, прочитав о нем несколько лет назад в журнале.

«Изложение было непрофессиональным, неглубоким. Я посмотрел, и это не вызвало во мне какой-то уверенности, — вспоминает Христо Периклович. — Показалось, что это из разряда тех идей, которые вспыхивают и гаснут».

Второй раз с бионическим глазом профессор столкнулся в 2015 году, уже когда трудился директором Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова, руководителем научно-клинического отдела офтальмологии, когда получил приглашение от представителей компании-производителя бионического глаза Second Sight Medical на научную конференцию.

Первое подобное устройство, призванное вернуть зрение невидящим, разрабатывалось в Германии в конце ХХ века. Однако до клинической части дело тогда не дошло. А примененный на практике протез сетчатки Argus был изобретен американцем Марком Хумаюном.

«Съездив туда, пообщавшись с инженерами, которые создавали это устройство, я понял самую главную мысль: с помощью бионического глаза информация передается в мозг, и мозг эту искусственную информацию от микрокамеры воспринимает и реагирует на нее, — говорит врач. — Это самый главный вопрос в этой истории».

После этого на базе Научно-клинического центра оториноларингологии ФМБА России, где располагается НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова, и началась подготовка к уникальной операции. «За это время центр тестировали, приезжали в клинику, смотрели оборудование, — рассказывает профессор Тахчиди. — Это штучная операция, поэтому фирма дает добро только высококлассным клиникам. Сейчас в мире такие операции осуществляются в считанных клиниках и странах».

На самом деле хирургия — это от нашего незнания. Это специальность, которая должна постепенно съежиться

Изучением самой недоступной области глаза — сетчатки — Христо Тахчиди занимается с 1980-х годов и является одним из первых и ведущих специалистов в области витреоретинальной хирургии.

«Практически тысячу лет хирургия глаза развивалась только в переднем сегменте — то, что было доступно, и к чему можно подобраться, — говорит врач. — А вот проникнуть внутрь глаза, дойти до сетчатки и там манипулировать мы практически не умели до конца прошлого века».

Первые попытки дойти до сетчатки через небольшие разрезы глазного яблока относятся к 1960–1970 годам. Именно тогда начали делать первые шаги в освоении самой малоизученной области заднего сегмента глаза, появились элементы витреоретинальной хирургии.

«Первые приборы, которые позволяют измельчать стекловидное тело и удалять его полностью, витреотомы, у нас были самодельные, — рассказывает Христо Тахчиди. — Конструировали их с инженерами разных оборонных заводов. А конец века ознаменовался тем, что в масштабах мировой офтальмологии мы могли однозначно сказать, что занимаемся задним сегментом глаза и можем делать в нем самые примитивные манипуляции».

С появлением микропроколов — 0,75 мм, 0,5 мм — появились и новые возможности в хирургии глаза. И Тахчиди стал одним из первых хирургов, кто масштабно стал использовать эти технологии. «Когда в 2010 году на европейском конгрессе витреоретинальных хирургов докладывали об операции, оказалось, что мы делаем больше 90% операций через прокол 0,5 мм, тогда как лучший показатель по Европе в среднем составлял 40%», — говорит врач.

А в 2010 году в России была проведена одна из первых операций в мире через прокол 0,3 мм.

«Прокол 0,3 мм дает минимальный по травматичности доступ к внутреннему содержимому глаза и к сетчатке. Первыми мы ее и попробовали. Но на самом деле и 0,3 — это не предел», — убежден профессор Тахчиди.

По его прогнозам, следующее поколение уже будет жить в другой системе медицинской помощи.

«На самом деле хирургия — это от нашего незнания, — уверен Христо Тахчиди. — Это специальность, которая должна постепенно съежиться. Например, чтобы зашить межпредсердную перегородку, еще недавно надо было вскрыть грудную клетку, остановить сердце, подключить искусственное кровообращение, вскрыть сердце, залатать дырочку размером в сантиметр или пол, зашить сердце, зашить грудную клетку. То есть огромное количество травм, чтобы зашить микроскопическую дырку. И месяцы реабилитации. Сейчас эта операция делается эндоваскулярно: через артерию с помощью зонда-манипулятора закрывают дефект межпредсердной перегородки, и через сутки человек свободен».

Уже сейчас в НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова  почти все операции проводятся без швов и без разрезов. «Мы работаем через микропроколы, и мы их не зашиваем. Потому что организм умеет самостоятельно закрывать микродефекты за счет естественных механизмов. Таким образом, два элемента классической хирургии в офтальмологии уже отсутствуют — нет разреза и нет шва. А это уже не классическая хирургия».

Специалист уверен, что на самом деле все операции можно делать через микроскопические проколы, а будущее нынешней хирургии — в переходе к работе на клетках. «Мы должны уйти в зону естественной реконструкции организма. Мы должны работать так, как работает наш организм, который каждый день меняет тысячи клеток, и мы с вами этого не замечаем.  Поэтому чем меньше хирург разрушает и чем целенаправленнее воздействуем на пул пораженных клеток, тем выше эффект, и сопутствующих проблем гораздо меньше.

Базовым элементом медицины будущего Христо Тахчиди, как ни странно, называет философию. «90% врачей считают, что они лечат больного, то есть они заменяют организм. На самом деле наша миссия — помогать организму пациента бороться с болезнью. Если врач этого не понимает — это философская профессиональная драма. Мы вообще забыли философию. Все начинается с философии, понима