Победить болезни с помощью «умных» таблеток, нанороботов и искусственного интеллекта Статьи редакции

Какие современные технологии помогают продлевать жизнь.

Нанороботы — это устройства размером с молекулу, которые могут принимать, обрабатывать и передавать информацию, а также исполнять заданные программы. В ближайшем будущем нанороботы будут помогать диагностировать болезни и находить раковые клетки. Это позволит свести к минимуму влияние человеческого фактора при диагностике, лечении и проведении операций.

Их создают при помощи 3D-печати и лазерной гравировки. О первых нанороботах учёные заговорили ещё в конце 1950-х годов, но видимые результаты получили только в 2016 году, когда исследователи из Дрексельского университета смогли заставить устройства двигаться по кровеносной системе.

Их изобретение облегчит доставку лекарственных средств по организму: с помощью электромагнитного поля цепочка из 13 устройств может двигаться по кровеносным сосудам со скоростью до 17,85 микрометра в секунду. Свои выводы и подробности разработки исследователи опубликовали в журнале Scientific Reports.

Пока нанороботов не используют в лечении — технологию тестируют на рыбах и мышах. Но в ближайшие пять лет их начнут испытывать и на больных раком людях. По оценкам специалистов Market Research Future, к 2023 году объём рынка нанороботов составит более $100 млрд.

Сейчас системы на основе искусственного интеллекта часто используют в рекламных кампаниях или для работы с пользовательскими данными. Однако искусственный интеллект также может помочь продлить жизнь.

Например, с его помощью можно точнее диагностировать заболевания на ранней стадии благодаря анализу больших объёмов данных. Уже сейчас по такому принципу работают компьютеры от IBM Whatson Health, IDx Technologies, а также программа DeepMind Health от Google.

Подобную систему под названием «Третье мнение» разрабатывают и в России. Проект инициирован Германом Клименко — экс-советником президента России по вопросам развития интернета.

«Третье мнение» — это приложения для смартфона и компьютера, которые на основе нейронных сетей могут распознавать патологии на диагностических медицинских изображениях. В бета-версии приложений искусственный интеллект распознаёт патологии глазного дна.

По словам президента правления Фонда института развития интернета Алексея Федорова, в будущем разработчики планируют охватить такие направления, как рентгенография лёгких, маммография, компьютерная томография и УЗИ.

Тем не менее решающее слово в постановке диагноза пока остаётся за врачом. При создании подобных компьютеров всё ещё возникают ошибки. Это произошло в системе диагностики онкологических заболеваний Watson for Oncology.

Алгоритм Watson for Oncology анализирует данные пациента — записи лечащих врачей, семейную историю онкологических заболеваний и результаты анализов и сопоставляет их с базой данных доступных исследований.

Летом 2018 года специалисты выявили «многочисленные примеры небезопасных и некорректных рекомендаций по лечению», составленных суперкомпьютером. Отчёт с ошибками алгоритма был обнародован бывшим заместителем главы по охране здоровья компании IBM Watson Эндрю Норденом.

Эксперты объяснили ошибки тем, что изначально Watson for Oncology тестировали на вымышленных данных пациентов, не все из которых были корректными. Искажения, накопившиеся при анализе гипотетических данных, могли привести к неверным рекомендациям искусственного интеллекта.

В домашних условиях для быстрой диагностики можно использовать систему Athelas. Производители заявляют, что система интерпретирует анализ крови и диагностирует грипп, бактериальные инфекции и даже рак всего за одну минуту.

Athelas состоит из трёх компонентов — тест-полоски, электронного устройства и приложения на мобильном телефоне. Компьютер захватывает изображение капли крови с высоким разрешением, а затем маркирует и подсчитывает количество клеток в ней.

Процесс построен на искусственном интеллекте — нейросеть сравнивает изображение с уже имеющейся в системе выборкой, проверенной патологоанатомами, и предполагает, каким может быть диагноз.

Важно не только рано диагностировать, но и снижать риски заболеть. Этим занимаются разработчики PAI Health — программы «умного» кардиореспираторного фитнеса.

Программа с помощью браслета регистрирует данные работы сердца и дыхательной системы, а искусственный интеллект обрабатывает эту информацию и составляет персональную рекомендацию по количеству и интенсивности упражнений.

От других фитнес-браслетов PAI Health отличается тем, что программа создана на основе научных исследований от HUNT Research Center, в которых на протяжении 25 лет принимали участие 45 тысяч человек.

Чтобы персонализированная фитнес-программа была корректной и простой, за единицу измерения интенсивности упражнения разработчики взяли 1PAI. PAI — это средняя частота сердечных сокращений, которая рассчитывается индивидуально на протяжении первых семи дней ношения браслета. После этого программа вырабатывает рекомендацию — сколько PAI нужно набрать за неделю для профилактики болезней сердечно-сосудистой системы.

Поскольку PAI Health — не лекарственное средство, для его реализации не требуются медицинские лицензии. Но исследователи компании получают поддержку от Норвежского исследовательского совета и Комитета по связям регионального органа здравоохранения центральной Норвегии и Норвежского университета науки и техники.

Согласно исследованиям PAI Health, средняя норма для человека, который проводит за рабочим столом до семи часов в день, — 100 PAI в неделю. Выполняя эту норму, можно на 25% снизить риск сердечно-сосудистых заболеваний и на пять лет увеличить продолжительность жизни.

Цифровая медицина включает в себя лекарства со встроенным микродатчиком — например, «умные» таблетки.

«Умными» таблетками называются лекарственные препараты с микрочипами внутри. Когда человек глотает таблетку и она начинает растворяется в желудочном соке, датчик отправляет сведения о дозе и времени приёма лекарства в приложение на смартфоне. После того как датчик предоставил необходимую информацию, он выводится из организма естественным путём.

Такие таблетки уже разработаны японской компанией Otsuka Pharmaceutical. Они называются Abilify MyCite и служат для лечения шизофрении и биполярного расстройства.

С разрешения пациентов или опекунов, данные из чипа могут быть доступны лечащим врачам. По задумке создателей, таблетки помогут отслеживать состояние пациентов, которые из-за своей болезни забывают принимать лекарства.

Abilify MyCite пока недоступны в России, но уже одобрены американским управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). Тем не менее в американском обществе идёт дискуссия о том, насколько этично применять подобные таблетки в медицине и не противоречит ли это праву на неприкосновенность частной жизни.

Кроме «умных» таблеток к цифровой медицине можно отнести бионическую систему «поджелудочной железы». Это имплантируемые в жировую ткань инсулиновые насосы, которые подключены к системе искусственного интеллекта.

Система в режиме реального времени мониторит уровень глюкозы в организме. Когда уровень сахара в крови повышается, алгоритм даёт сигнал инсулиновой помпе ввести необходимое количество инсулина. Использование «умного» алгоритма избавляет больных диабетом от необходимости постоянно проверять уровень сахара в крови, в том числе и ночью.

По данным New England Journal of Medicine, пациенты, использующие систему, на 25% дольше находятся с «безопасным» уровнем сахара в крови. Ночное время, когда уровень сахара в крови был аномально низкий, сократилось вдвое — до пяти минут.

Генотерапия — это совокупность медицинских методов, с помощью которых можно внести изменения в генетическую структуру клеток человека.

О генотерапии как медицинском методе заговорили только в 1970-х годах, когда биолог Стэнфилд Роджерс предложил заменять дефектные ДНК-клетки у больных наследственными заболеваниями, а также раком.

Сейчас генотерапия уже придаёт клеткам новые функции, а в будущем будет ориентирована на исправление мутаций в структуре ДНК. Первой на рынке продемонстрировала действенную генотерапию фармацевтическая компания Novartis. Специалистам удалось «оснастить» Т-лимфоциты (клетки, которые отвечают за иммунитет) больных острым лимфобластным лейкозом специальными рецепторами, способными распознавать и уничтожать раковые клетки.

Клинические испытания показали результаты: 83% пациентов, которым не помогла химиотерапия, смогли достичь частичной или полной ремиссии спустя три месяца после начала лечения от Novartis.

Генная терапия от Novartis уже одобрена американским управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Её стоимость составляет почти $475 тысяч.

Генную терапию применяют не только для лечения рака — в 2016 году об успешном применении лечения против гемофилии (генетического заболевания, при котором нарушен процесс свёртываемости крови) объявили фармацевтические компании Pfizer и Spark Therapeutics. Лекарство тестировали всего на четырёх пациентах, но это сработало: теперь у каждого испытуемого кровь останавливается самостоятельно.

Генотерапию успешно применили и против тяжёлого комбинированного иммунодефицита — редкого генетического заболевания (в среднем в больницах регистрируют всего один случай на 100 тысяч), известного как «синдром мальчика в пузыре», так как больные всегда вынуждены находится в стерильной среде.

Терапию от GlaxoSmithKline начали применять восемь лет назад и протестировали на 18 детях. По данным MIT Tehnology Review, все дети, получившие лечение, живы до сих пор.

По прогнозам консалтинговой компании Root Analysis, объём рынка генной терапии к 2025 году составит $11 млрд.

Создать полноценный искусственный орган учёные пытались ещё с 1930-х годов, проводя опыты на собаках.

Учёные разрабатывают два вида искусственных органов — выращенных из клеток с помощью технологии биоинженерии и созданных из неорганических материалов.

На сегодня биоинженерная технология выращивания искусственных органов позволяет создать относительно простые по внутреннему устройству органы, такие как мочевой пузырь, кровеносные сосуды или влагалище.

Но учёные добились прогресса в создании органов из неорганики: в 2006 году первое искусственное сердце AbioCor получило ограниченное одобрение от американского управления по контролю за продуктами и лекарствами и было имплантировано 15 пациентам.

Сейчас AbioCor недоступно для имплантации. Единственное искусственное сердце, которое разрешено имплантировать на территории США, разработано компанией SynCardia. Его пересаживают людям временно, пока они ждут своей очереди на трансплантацию донорского сердца.

В 2018 году учёные из Орегонского университета науки и здоровья представили новую разработку — искусственное механическое сердце OSHU, которое, по их словам, может полностью заменить настоящий орган.

Сердце OSHU представляет собой покрытый титановым сплавом полый стержень, который перемещается вперёд и назад внутри титановой трубки благодаря гидродинамическим подшипникам. Аппарат выполняет ту же функцию, что и две нижние камеры сердца, сначала перемещая кровь в лёгкие, а затем по всему телу.

Заряжается сердце от комбинированного блока управления и аккумуляторной батареи, которые можно носить в кармане или на поясе. Исследователи работают над тем, чтобы имплантировать зарядное устройство под кожу и перезаряжать сердце от внешнего источника питания.

#медицина #машинноеобучение #роботы