Вступительная часть

Идея принять участие в конкурсе и выбрать тему, связанную с научными и техническими прорывами в медицине, связана с ростом актуальности освещаемого вопроса. Современные открытия значительны и интересны. При этом остается много интуитивно понятного, но неизведанного.

В настоящее время развитие медицины дает широкие возможности. Научные разработки позволили сделать шаг вперед, что во многом связано с созданием и внедрением новых технологий. Мне кажется, что роль современной медицины состоит в том, чтобы лечить пациентов, применяя усложненные и более точные системы диагностики.  Вклад в развитие медицины сегодня зависит не только от врачей, но и математиков, инженеров, программистов, разработчиков протезов и имплантатов.

Другим фактором, определившим выбор темы, является высокий уровень интереса к вопросам медицины в мире. Я учусь по направлению «Международные отношения» и считаю, что внимание мирового сообщества к развитию технологий неслучайно. От благополучия и здоровья населения зависит уровень его вовлеченности в экономику страны, что, в свою очередь, важно для процветания и стабильности государства, его способности обеспечить внутреннюю и внешнюю безопасность. Как будущий специалист-международник, я надеюсь, что многочисленные научные открытия будут регулироваться и на государственном, и на международном уровнях, что сфера медицины объединит научные сообщества и станет местом продуктивной и общезначимой деятельности.

Надеюсь, что моя работа заинтересует читателя, так как вопрос поддержания здоровья актуален для каждого.

В этой работе я поразмышляю над будущим медицины. Думаю, каждый когда-нибудь представлял себе медицинские технологии, которые хотелось бы использовать в реальной жизни. Достижения современной медицины кажутся невероятными, и сложно представить себе, каких высот достигнут исследователи к началу следующего столетия. Наука не стоит на месте, и этот век поразит современников новыми открытиями, о которых вряд ли можно было мечтать даже в прошлом десятилетии. Фантазии неразрывно связаны с нашими знаниями о настоящем, и сегодня, в 2022 году, хочется надеяться, что на рубеже 2100 года технологии станут на порядок выше и доступнее.

Я хотела бы представить основную часть своей работы в виде приветственного слова руководителя Института нейробиологии, нанотехнологии и искусственного интеллекта – одного из подразделений Медицинского научно-исследовательского центра будущего. Именно таким я вижу дальнейшее развитие медицины, и мне хотелось бы, чтобы к 2100 году даже самое неправдоподобное удалось претворить в жизнь.

 

Основная часть

Добрый день, уважаемые коллеги! Сегодня мы собрались здесь, в нашем Медицинском научно-исследовательском центре, чтобы отметить наступление нового года и нового столетия. Человечество вошло в 2100 год, и я верю, что науку ждет немало замечательных и полезных открытий. Прошлый век – прекрасный тому пример. Были достигнуты выдающиеся успехи в генной инженерии, нанотехнологии, эмбриологии, микробиологии и ряде других областей. Особо хотелось бы отметить, что еще в XXI столетии особое место в науке занимали технологии искусственного интеллекта и их применение в медицине. За 80 лет человечество совершило в этой сфере фантастический прорыв, и даже сейчас, когда новые разработки и практики стали реальностью, сложно осознать, что нам удалось осуществить самые невероятные мечты недавнего прошлого. Поэтому для меня большая честь представить достижения Института нейробиологии, нанотехнологии и искусственного интеллекта на этой встрече.

 

Немного истории. В начале XXI века в стадии разработки и клинических испытаний находилась технология BrainGate - система мозговых имплантатов. Ее предназначение состояло в помощи тем, кто потерял контроль над своими конечностями или другими функциями организма[1]. BrainGate состоит из датчика, имплантированного в мозг, и внешнего декодирующего устройства, которое подключается к какому-либо протезу или другому внешнему объекту. Датчик выполнен в виде массива микроэлектродов, толщиной с волос, которые улавливают электромагнитные сигналы нейронов, активирующихся в определенных областях мозга, например, отвечающих за моторные функции. Информация с датчиков преобразует мозговую активность в электросигналы, передается на декодер и перерабатывается в команды для управления внешним прибором, например, протезом руки, компьютерным курсором, инвалидным креслом. То есть, с помощью BrainGate человек может управлять объектами с помощью мозговых команд.

Еще в первой четверти XXI века было признано, что интерфейс «мозг-компьютер» -одна из самых многообещающих технологий в области лечения неврологических заболеваний и травм. Она позволила установить связь между неповрежденными участками мозга и вспомогательными устройствами, которые способны компенсировать моторные и сенсорные функции, тем самым давая человеку возможность управлять компьютером и другими техническими устройствами при помощи сигналов мозга, минуя передачу информации по нервам и мышцам.

Прошло 80 лет, и технология качественно изменилась: протез стал частью человеческого организма, ничем не отличающимся от естественной. Если тогда протез управлялся сигналами из мозга, то сегодня протезированные элементы связаны с телом. Между работающими нервными окончаниями и проводами в протезе мы создали «переходники», через которые нервный электрический сигнал заставляет протез двигаться, например, сжимать кисть, чтобы взять предмет. Стремясь сделать работу всей системы максимально похожей на проведение сигнала мышцами здоровой руки, мы разработали особые синтетические ткани и сосуды, которые можно «спаивать» с природными, так как они не вызывают отторжения организма. Наши ученые также продумывают способы внедрения практики выращивания таких сосудов и тканей из биоматериала человека с их последующим вживлением в протез, однако данная разработка потребует от нас не только более высоких технологий, но и правового урегулирования сбора и использования человеческого биоматериала. Законы, принятые более полувека назад, отражали лишь основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности, проведения клинических исследований лекарственных препаратов. Сейчас же усовершенствован порядок геномной регистрации, повсеместно внедрена генетическая паспортизация населения, законодательно урегулированы вопросы донорства и трансплантации живых и искусственных органов в международном и национальном праве.

Наша цель на ближайшее будущее – создать биопротез, с помощью которого человек сможет ощущать поверхности, как это делают естественные органы. 

Для «склейки» сосудов, тканей и, надеемся, в скором времени органов, мы используем наночастицы, которые проникают к месту соединения и плотно наслаиваются, осуществляя подвижное и гибкое скрепление, которое не износится и не порвется. При этом перед нами все еще стоит нерешенная проблема: протез должен обладать способностью к регенерации и самозаживлению. Возможно, мы сумеем создать и провести в протез искусственно выращенные сосуды, по которым будет течь кровь, однако это потребует еще более прорывных технологий, ведь эти сосуды должны быть окружены «живыми» тканями.

В связи с этим еще в прошлом веке к нашему Институту присоединился отдел, отвечающий за развитие наномедицины. Наши коллеги недавно изобрели нанопистолет, которым можно стрелять в пораженные места и заживлять их вне зависимости от того, живая ли это ткань или искусственно выращенная и не имеющая изначально способности к «стягиванию». Кроме того, развивая идеи XXI века, мы применяем потоки этих наночастиц в качестве обезболивающего и местной анастезии при проведении операций. Один из наиболее серьезных прорывов - возможность заживлять наночастицами кости и суставы. На данный момент процесс выздоровления требует курса лечения нановыстрелами. Как и раньше, поврежденный участок должен некоторое время находиться в покое, что когда-то предполагало длительное наложение гипса и фиксирующей повязки на орган целиком (например, руку). Сегодня нам удалось ускорить процесс успешного заживления костных тканей, так как наночастицы способствуют естественному «скреплению» и сами служат строительным материалом. Наши технологии уже нашли широкое применение в спорте и лечении людей с серьезными травмами (например, позвоночника), что облегчает процесс реабилитации и возвращает людей к полноценной жизни.

Наночастицы сегодня - носители полезных веществ. В домашних условиях по предписаниям врачей люди имеют возможность самостоятельно «выстреливать» препарат в определенную часть тела, где он сразу же всасывается в кровь. Особые датчики, вшитые под кожу с рождения, показывают содержание веществ в организме; следовательно, нет необходимости в проведении болезненной внутривенной инъекции или заборе биоматериала. Точно так же с помощью потока наночастиц мы научились «возбуждать» волосяные фолликулы на голове и ускорять процесс роста волос.

Другой способ их применения - внедрение в сосуды человека в случае появления бляшек и заторов. Наночастицы растворяют эти преграды и восстанавливают нормальный кровоток.

Таким образом, наночастицы уже успешно применяются во множестве сфер. Несмотря на то, что удалось создать особые виды, не вызывающие аллергические реакции и мутации, необходимо продолжать изучать наночастицы и расширять количество таких полезных элементов.

 

Стремительное развитие микроэлектроники в XXI веке позволило встраивать передающие информацию элементы в имплантаты. По-английски такие устройства называют Internet of Bodies (IoB), в русском языке они известны как «интернет тел»[2]. Некоторые изобретения из этой сферы знакомы даже нашим бабушкам и дедушкам: чипы, контролирующие сахар в крови, кардиостимуляторы.

Наш Институт усложняет эту технологию уже несколько десятилетий. Сегодня при содействии неврологов, нейробиологов, нейрохирургов, инженеров, математиков, программистов нам удалось создать новые возможности применения «умных таблеток». Еще в 2017 году было одобрено первое цифровое лекарственное средство - таблетка с сенсором, который позволял отслеживать, когда ее принял пациент[3]. Сенсор, встроенный в препарат, активизировался под действием желудочного сока. Данные передавались на специальный цифровой пластырь на теле пациента, а затем в мобильное приложение. Сегодня эта технология усовершенствовала принцип гастроэнтерологического исследования и лечения. Наши ученые вставили в «умную таблетку» видеокамеру. Теперь цифровое устройство, оснащенное зондом и управляемое джойстиком доктора, может пройти по всему желудочно-кишечному тракту (ЖКТ) и провести полную диагностику с передачей информации в режиме реального времени. При необходимости можно активировать «таблетку», и она точечно нанесет лекарство на пораженный участок в системе ЖКТ. Таким образом, от выполнения простой функции отслеживания приема лекарств «умные таблетки» перешли в разряд сложного диагностического оборудования.

Сегодня существует технология исследование сосудов головного мозга изнутри с помощью небольшого цифрового устройства, двигающегося по сосудам и передающего изображение на экран компьютера. Новый метод обладает большей точностью, чем УЗИ, для которого некоторые сосуды оказывались малодоступными[4].

«Умные таблетки» и датчики, исследующие сосуды, работают в связке с компьютером. Как только цифровое устройство передает видеоизображение и фиксирует патологию, медицинская система анализирует симптомы, находит в базе данных варианты лечения и предлагает список дополнительных обследований для уточнения диагноза.

В нашем Институте производят кардиостимуляторы из биоматериала человека. Это устройство помогало людям с сердечно-сосудистыми заболеваниями еще в прошлом столетии и не потеряло своей значимости сегодня. Кардиостимулятор прошлого поколения вырабатывал свой ресурс достаточно быстро, а имплантация искусственного прибора могла привести к воспалению мягких тканей в области вживления[5]. Именно поэтому мы разработали новый вид устройства, которое будет «вживляться» в организм и не будет ощущаться пациентом.

 

Снова обращусь к нейронауке. Еще в XXI столетии она считалась перспективной, и многие международные корпорации разрабатывали свои нейроинтерфейсы. Например, компания Nissan внедрила подобные технологии для улучшения управляемости и безопасности автомобиля на дороге. Технология «мозг-автомобиль» и сегодня помогает лучше реагировать на изменение ситуации, предсказывая реакцию и действия водителя[6]. Не отставали и социальные сети: Facebook разработала технологию, которая сделала возможным набор текста без помощи клавиатуры[7]. Сегодня же каждый может «надиктовать» сообщение в своих мыслях, а имплантированный чип – принять сигнал и преобразовать его в текст. Ведь мы теперь именно так и общаемся, когда не можем звонить или печатать. И это не единственные наши возможности: если мы представим себе какое-либо изображение или объект, то чип найдет наиболее похожую картинку среди миллионов, существующих в глобальной сети Интернет. 

 

При этом наш Институт осознает потенциальные опасности развития новых технологий. Если уже в прошлом веке общество было озабочено рисками взлома и хищения конфиденциальной информации, то сегодня эта проблема становится только острее. В связи с этим мы не только совершаем открытия, но и предлагаем способы нормативно-правового закрепления использования новых технологий, чтобы они шли на пользу, а не во вред. Например, IoB-устройства находят широкое применение в немедицинской сфере, поэтому мы сотрудничаем с IT-специалистами, чтобы уменьшить риски кибератак и кражи личных данных, в том числе мыслей.

В прошлом веке нейронаука, хотя она тесно связана с генетическими данными о человеке, не упоминалась в международном праве отдельно[8]. Сегодня удалось расширить признание нейротехнологии: вопросы, связанные с интерфейсами «мозг-компьютер», выносятся на международное обсуждение в рамках отдельно созданного органа – Международной комиссии по вопросам новых медицинских технологий. В ее работе участвуют не только представители властей и научного сообщества, но и частные компании и начинающие исследователи. Осознавая важность сотрудничества в исследовании и применении технологий, наши ученые сотрудничают с Отделом международных отношений и коммуникаций в структуре Медицинского научно-исследовательского центра.

 

У нашего Института амбициозные цели. Для максимально быстрого внедрения технологий ученые сами принимают участие в экспериментах. Без достижений прошлого не были бы возможны прорывы современности. Надеемся, что открытия сегодня станут основой достижений наших молодых коллег.

С праздником!

 

Заключительная часть

Подводя итог работы, я надеюсь, что высказанные мной предположения будут реализованы, поскольку база, заложенная современной наукой, позволяет совершить поистине фантастические прорывы.

Хотелось бы, чтобы каждый научно-исследовательский центр мог заявить о своих достижениях и рассказать об идущих экспериментах и исследованиях. Идея продвижения науки должна быть популярной среди населения, а научные успехи – стать достоянием и предметом гордости страны. Любая сфера науки ценна, так как обеспечивает многогранное развитие человечества, позволяет точнее объяснить происходящее вокруг и внутри нас. Я уверена, что в сфере новых медицинских технологий необходимо сотрудничество разных стран и институтов, объединение технологий и регулирование их использования.