«Умные» устройства в медицине

Следующим естественным шагом должно быть создание «умных» микро и наноустройств, которые по результатам мониторинга в случае необходимости могут обратиться к врачу или самостоятельно инициировать ввод в организм нужных препаратов.

Прогнозируется появление в ближайшее время медицинского устройства размером с почтовую марку. Наложенное на рану, оно будет самостоятельно делать анализ крови, определять необходимые медикаменты и впрыскивать их.

Изготовлен чип, в котором используются живые клетки печени, органа, очень чувствительного к ядам и различным вирусам. Чип представляет собой две ультратонкие пластины из кремния, в его микронных ячейках располагаются клетки печени. Через чип циркулирует вода с питательными веществами, и клетки (их около 1,5 млн) через некоторое время самоорганизуются в структуру, характерную для живой печени. Такой чип, в частности, будет использован в оборудовании солдата будущего (см. гл. 11). Получив сигнал о наличии в организме вредных веществ, чип передаст его на медицинский компьютер, и либо солдат (космонавт) примет сам соответствующие меры, либо автоматически ему будут введены нужные лекарства.

Планируется создание персональных нанотерминалов с учетом особенностей ДНК данного человека.

Для развития нанотехнологии исключительно важными оказались результаты огромного международного проекта «Геном человека» (1990-2000), в результате которого удалось найти способ расшифровки генетической информации человека и тем самым открыть путь к созданию лекарств на принципиально иной основе (геномика). В XXI в. лекарства будут выпускаться на основе индивидуальной генной информации буквально для каждого человека («лечение по заказу»). В процессе работы над проектом возник и начал развиваться перспективный раздел - биоинформационная технология, изучающая особенности функционирования белков в живых организмах, механизмы взаимодействия и обмена информацией на молекулярном уровне.

Новые имплантаты

Создание чипов, комбинирующих неорганические вещества и живые клетки, тесно связано с созданием имплантатов таких жизненно важных органов, как печень или поджелудочная железа.

Искусственная поджелудочная железа размером в половину однокопеечной монеты уже успешно испытана на крысах, страдавших диабетом.

Несколько лет назад была разработана методика восстановления хрящевой ткани без донорных клеток больного. Специальный гель, содержащий хрящевые клетки, с помощью артроскопа можно вводить через небольшие наружные надрезы. Новая ткань растет и интегрируется с нормальным хрящом, а гель саморазрушается через запрограммированный промежуток времени. Основу геля составляют пептиды, способные формировать витые волокна всего 10-20 нм в диаметре. Искусственная природа этих наночастиц исключает возможность заражения пациента.

Другой пример методики, находящейся на грани нано и биотехнологии, - создание искусственной работоспособной сосудистой системы. Искусственная кожа и хрящи уже успешно работают, но полноценный искусственный орган, такой как печень или почки, нельзя создать без развитой сложной системы кровоснабжения. Сеть артериальных и венозных капилляров диаметром от 10 мкм до 3 мм была выгравирована на кремниевой пластине, имеющей размер в поперечнике 15 см. Была создана зеркальная копия этой структуры, затем их сложили, введя внутрь биоразрушающийся полимер. Между слоями разместили микропористый мембранный слой, через который с одной стороны ввели клетки эндотелия, с другой - клетки ткани печени (почек). Клетки эндотелия выстелили внутреннюю поверхность сосудов, а биоразрушающийся полимер распался. Первые эксперименты на свиньях и кроликах оказались успешными.

Активно разрабатывается проект «искусственной сетчатки» глаза, в которой используются биологически совместимые НЭМС и МЭМС имплантаты. На линзе очков установлена миниатюрная камера, передающая изображение на микропроцессор, находящийся в дужке очков. Микропроцессор превращает сигнал с камеры в набор электрических импульсов и передает их с помощью вмонтированной в линзу очков радиоантенны. Принимающая антенна расположена вокруг радужной оболочки глаза. Она связана с крохотным имплантатом, который электродами соединен с глазным нервом. С помощью имплантата и происходит передача сигнала в мозг пациента.

Среди потребителей первых шести моделей - человек, который был слеп 50 лет. В клиническую практику усовершенствованную «искусственную сетчатку» предполагали ввести в 2007 г.

Разработаны нанопокрытия имплантатов, позволяющие живым клеткам расти быстрее. В будущем имплантаты станут самолечащимися. Они будут иметь покрытие из наносенсоров, которые смогут идентифицировать конкретный вид микробов, выделить из своего резервуара нужное количество определенного препарата и затем с помощью тех же сенсоров проконтролировать эффективность лечения. Правда, появление первых «интеллектуальных» имплантатов ожидается только лет через десять.