Удивительные проекты, которые изменят будущее медицины

Даже при низкой скорости работа 3D-принтера, сконструированного Рохитом Бхаргавой, просто завораживает. Во время движения из острого наконечника вдруг появляется струйка тонкой блестящей массы, похожая на пластик. Через доли секунды выходит еще одна трубочка. Потом они соединяются, вырисовываются контуры трехмерной формы – крошечной анатомически точной копии сердца.

Рохит Бхаргава и его 3D-принтер

Глава инновационного онкологического центра Иллинойского университета работает на проблемой внедрения сложных технических решений в современную медицину.

«В здравоохранении должны произойти фундаментальные изменения, — считает Бхаргава. – Обратите внимание на современные ноутбуки, телефоны. Раньше они были дорогими, но со временем – стали дешевле, потому что стали более совершенными технологии. Если перенести инновационные разработки в сферу здравоохранения, обобщить знания и трансформировать их в полезные решения, в будущем мы сможем значительно сократить расходы медицинское обслуживание и повысить его качество».

Работа 3D-принтера Бхаргавы основана на сложных математических алгоритмах. Устройство может печатать трубки толщиной до 10 микронов – 1/5 толщины человеческого волоса.



Нити, выходящие из принтера Рохита, могут связываться друг с другом и создавать сложные конструкции. На них могут развиваться клетки, через них могут проходить биологические жидкости. Лимфатические сосуды, молочные протоки и другие элементы могут воспроизводиться в любом количестве – десятками, сотнями, тысячами. За счет этого можно проводить множество важнейших экспериментов.

Исследователи смогут вводить опухолевые клетки в каждую пробу, сосредоточиться на поведении, ответных реакциях рака в организме отдельного пациента вследствие использования разных терапевтических методов. Это облегчит анализ и понимание различий между больными и здоровыми тканями.

Киборг-технологии

Ученый из Минесоты Майкл Макалпин тоже сосредоточился на работе 3D-принтеров.

Как правило, в ходе исследований он и его коллеги заменяют сердце кардиостимулятором, коленный хрящ – титаном. Современные технологии позволяют установить вместо пораженного органа, к примеру, печени, трехмерную его копию, состоящую из тех же клеток, что и оригинал.

Одним из первых достижений лаборатории Макалпина было ухо – в розовой оболочке хряща была встроена спираль из наночастиц серебра. Тогда изобретение стало предметом насмешек из-за своей простоты и грубого внешнего вида. Тем не менее, ухо могло обнаруживать радиочастоты, находящиеся за пределами диапазона, привычного человеку.

Это была однотипная ячейка с простой электроникой. В научном сообществе это называли «прямой записью», «аддитивным производством», поскольку все понимали, что это еще не 3D-печать. Тем не менее, барьер был сброшен. Сегодня проекты 3D-бионики повсюду.

Инженерные решения будущего

Макалпин работает над созданием такой машины, которая смогла бы обрабатывать различные типы материалов одновременно, быстро соединять биологические вещества и электронику.

Конечно, время, когда протезы ушей со сверхспособностями доступны каждому, еще не пришло. Но оно не так и далеко благодаря работе команды Макалпина. Его лаборатория не останавливается на ухе. Совсем недавно команда ученого создала бионический глаз. Сейчас инженеры работают над бионической кожей и регенерированным спинным мозгом.

Макалпин считает, что никому не нужен 3D-принтер сейчас, потому что он печатает только объемные безделушки на рабочий стол. Расширение функций техники, внедрение алгоритмов, за счет которых устройства будут работать с мягкими полимерами, различными биологическими материалами и электроникой.

Инъекции без боли

В Техасском университете Далласа группа исследователей под руководством Иеремии Дж. Гассенсмита работает над усовершенствованием инъекционных игл с помощью технологии 3D.

«У иголок нет друзей», — шутит Рон Смалдон, химик из UT-Dallas, участник группы Гассенсмита. Вместе с аспирантами Даниэлем Берри и Майклом Лузуриага Рон участвовал в разработке 3D-пластыря с микроиглами. Он напоминает кусок клейкой ленты, в которую залиты вакцина или лекарство.

В пластыре находится сетка микроскопических иголок. Они совершенно безболезненно прокалывают верхний слой кожи пациента, чтобы доставить в организм необходимые медикаменты. В настоящее время производство микроигл осуществляется с использованием пластиковых форм или по шаблонам из нержавеющей стали с помощью литографии. Использование 3D-технологии и биоразлагаемого пластика позволит значительно снизить стоимость разработки. Пластыри с микроиглами в ближайшем будущем можно будет производить в любом месте, где есть источник энергии.

Микроскопические робопловцы

Хакан Джейлан, научный сотрудник Института интеллектуальных систем Макса Планка (Штутгарт, Германия), строит амбициозные планы: он хочет исключить необходимость хирургического вмешательства. Каким образом? Помощниками в этом ему станут роботы-пловцы (микросвиммеры) размером с клетку.



«Хирургические вмешательства очень травматичны. Многие операции заканчиваются смертельным исходом. Или люди умирают от послеоперационных инфекций», — говорит Хакан Джейлан.

Микросвиммеры создаются на 3D-принтере с помощью двухфотонной полимеризации и двойного спирального гидрогеля с магнитными наночастицами. Роботы-пловцы полуавтономны. Их внедряют с помощью внешнего магнитного излучения. Они способны также реагировать на определенные сигналы окружающей среды или химические вещества, с которыми они сталкиваются внутри организма.

Анализ мозга

Эрик Виире работает в университете Сан-Диего. Он исследует мозг: причины появления мигрени, шума в ушах, головокружений и других нарушений. Работа Виире связана с использованием технологии виртуальной реальности для лечения некоторых из этих состояний.

Ученый также изучает возможности видеоанализа при диагностике меланомы. Использование этой технологии позволит создать большие, более качественные базы данных, более дешевые гиперспектральные датчики.