Медицинские технологии недалекого будущего, с помощью которых научное сообщество надеется победить редкие, тяжелые и трудноизлечимые заболевания настоящего С развитием в медицине цифровых технологий, таких как 3D-печать органов и тканей человека, искусственный интеллект (ИИ), виртуальная и дополненная реальности (VR/AR) и нанотехнологии, фантастические сценарии будущего стали воплощаться на наших глазах. В ближайшее время одни роботы будут оперировать наравне с людьми, а другие, размером с пекарские дрожжи, станут лечить сложные онкологические заболевания. Мы сделали подборку новейших медицинских технологий, которые уже совершили прорыв в индустрии в последние несколько лет и еще заявят о себе в скором будущем.
- Технология редактирования генома CRISPR-Cas9 Редактирование генов — перспективное направление молекулярной биологии. А одним из самых востребованных инструментов редактирования считается система CRISPR-Cas9. В 2020 году ученые Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили за ее разработку Нобелевскую премию.
Система CRISPR-Cas — это часть адаптивного иммунитета бактерий и архей. Она состоит из двух блоков — CRISPR и Cas — и защищает своего хозяина от бактериальных вирусов на молекулярном уровне.
Индивидуальный набор для редактирования генома (Фото: the-odin.com) CRISPR — это участки на ДНК бактерий, внутрь которых встраивается информация о вирусах, которые когда-то нападали на клетку хозяина. Блок с уникальной информацией о конкретном вирусе называется спейсером. Информация в спейсерах позволяет CRISPR отслеживать повторное проникновение того же вируса.
Второй элемент этого молекулярного механизма — белок Cas. Он действует как молекулярные ножницы и разрезает на фрагменты чужеродные ДНК, которые проникают в клетку бактерии.
При повторном заражении бактерии CRISPR с помощью спейсера находят информацию о знакомой чужеродной ДНК и направляют белок Cas на точечное устранение патогена.
Есть целый ряд систем CRISPR-Cas, но чаще всего в лабораториях прибегают к наиболее прицельной технологии генетических ножниц — CRISPR-Cas9. Она оказалась быстрее, дешевле и точнее других методов редактирования. Система состоит из CRISPR, белка Cas9 и направляющей РНК (sgRNA). sgRNA указывает Cas9 на цель уничтожения. Белок Cas9 разрезает этот участок, затем запускается система восстановления клетки. А дальше биотехнологи внедряют нужную последовательность ДНК в целевой участок.
Иллюстрация работы CRISPR-Cas9 (Фото: yourgenome.org) Дудна и Шарпантье выяснили, что такие системы работают не только в клетках бактерий. Их можно пересаживать в клетки высших организмов с помощью молекул-переносчиков. Молекула, внутрь которой помещена система CRISPR-Cas9, внедряется в клетки и позволяет ученым использовать молекулярные ножницы в своих целях.
С помощью CRISPR-Cas9 становится проще изучать и лечить моногенные заболевания, такие как гемофилия, муковисцидоз, болезнь Альцгеймера (одна из форм) и другие.
Так, в 2023 году впервые в мире одобрили терапию на основе CRISPR-Cas9. В Великобритании для лечения серповидноклеточной анемии и бета-талассемии будут использовать препарат с торговым названием Casgevy. При этих болезнях нарушается работа гемоглобина. Терапия проходит в три этапа. Пациент сдает кровь, клетки которой подвергаются генной модификации. Ученые «выключают» ген BCL11A в клетках крови. Дело в том, что во время развития плода в его организме вырабатывается особый — фетальный — тип гемоглобина. Ген BCL11A подавляет выработку фетального гемоглобина после рождения человека. После генной модификации выработка фетального гемоглобина возобновляется, и он постепенно заменяет гемоглобин взрослого человека. Затем отредактированные клетки крови вводят пациенту обратно. Весь процесс занимает несколько месяцев, а терапевтический эффект, как считают ученые, распространяется на долгие годы.
Футурология Беспилотное такси и CRISPR для похудения: дайджест футурологии № 21
- мРНК-вакцины В 2023 году лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали биохимики Каталин Карико и Дрю Вайсман. Свою награду они получили за разработку технологии, которая позволила быстро создать эффективные мРНК-вакцины против COVID-19. Так, на 63-й день разработки будущая прививка уже проходила первое клиническое испытание.
Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине Дрю Вайсман и Каталин Карико (Фото: cdn.forbes.ru) Сегодня мРНК-вакцины применяются для борьбы с множеством болезней. Принцип работы вакцины такой: воссоздавая фрагменты мРНК вируса, она учит иммунные клетки человека создавать копии шиповидного белка (S-белок, или spike protein) патогена. С помощью S-белков патоген и проникает в клетки организма. Если носитель вакцины сталкивается с настоящей угрозой, срабатывает его иммунологическая память, и клетки быстро распознают опасность, не давая вирусу времени на размножение.
Так, в 2023 году группа ученых из
Продолжить текст
Финляндии разработала новую мРНК-вакцину, направленную на борьбу с гриппом. Эта вакцина не только продемонстрировала высокую эффективность, но и значительно сократила сроки разработки, что открывает перспективы для быстрого реагирования на возможные эпидемии в будущем. Исследователи также работают над адаптацией этой технологии к лечению других вирусных инфекций, включая вирусы, устойчивые к традиционным методам терапии.
- Нейрочипы и интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI)
Нейрочипы становятся всё более популярными в медицинской практике, способствуя восстановлению функций мозга при травмах и заболеваниях. Разработка интерфейсов «мозг-компьютер» позволяет людям управлять протезами и другими устройствами с помощью мыслей. Такие технологии уже помогают пациентам с параличом вернуть возможность взаимодействия с окружающим миром. - «Умные» таблетки
Разработка так называемых «умных» таблеток, которые содержат микрочипы, может изменить подход к лечению хронических заболеваний. Эти таблетки могут отслеживать время приема, дозировку и даже отправлять отчеты врачам, что обеспечивает более эффективный контроль за соблюдением режима терапии.
Эти технологии представляют собой лишь верхушку айсберга в футурологии медицины, открывая новые горизонты для пациента и врача.