В Монреальском университете впервые в истории создан медицинский робот, способный перемещаться по кровеносным сосудам живых существ. Изготовленная при помощи нанотехнологий ферромагнитная сфера диаметром 1,5 мм двигалась по артерии подопытной свиньи со скоростью 10 см в секунду.
Ее движения направлялись дистанционно при помощи специальной компьютерной программы. Ученые планируют создать нанороботы еще меньших размеров, которые смогут внутри человеческих органов осуществлять микрохирургические операции немыслимой сложности и бороться с болезнями, которые в настоящее время считаются неизлечимыми.
«Применение нанотехнологий в медицине находится на начальной стадии: в клиниках это пока мало применяется, речь, скорее, идет о лабораторных экспериментах, — рассказал РБК daily директор Института биомедицинских технологий Игорь Артюхов. — Но есть уже применяемые в медицинской практике наноустройства, в частности, специальные капсулы, принимаемые перорально, как обычное лекарство. Их оболочка имеет микроскопические отверстия, позволяющие свободно поступать внутрь молекулам кислорода и глюкозы и в то же время задерживающие более крупные объекты — антитела.
Внутри капсулы могут находиться, скажем, клетки, вырабатывающие инсулин: больной диабетом человек, в организме которого содержатся такие клетки, надежно защищенные от разрушительного воздействия антител, может восполнять недостаток этого гормона без помощи инъекций».
Наноматериалы способны играть роль своеобразного сита, отсеивая вирусы и бактерии по столь банальному признаку, как их размер. «При помощи крошечных отверстий, которыми покрыты наномембраны, клетку можно защитить от вирусов и даже крупных молекул, попадания которых в организм мы хотим избежать, — говорит Артюхов. — Наночастицы, с которыми мы работаем, бывают нескольких типов. Существуют органические наночастицы — липосомы, способные встраиваться в клетки, придавая им определенные свойства.
Металлическими наночастицами можно усеять раковую клетку, а затем разрушить ее, нагревая микрочастицы металла токами сверхвысокой частоты. Более сложные устройства обладают рядом качеств, которые можно запрограммировать заранее. В устройстве, подобному канадскому нанороботу, но еще меньшего размера, можно разместить крошечную видеокамеру и превратить его в оптический зонд, путешествующий по кровеносным сосудам организма. В настоящее время существуют наносенсоры, способные заметить попадание в организм определенных молекул».
Путешествуя по мельчайшим сосудам нашего организма, нанозонды способны будут сообщить врачу самые точные данные о состоянии нашего здоровья. «Возможности диагностики, предоставляемые наноустройствами, поистине обширны, — полагает сотрудник центра «Нанотехнологии в электронике» при Московском институте электронной техники Станислав Хартов. — Могу упомянуть проект, который мы вели совместно с белорусскими коллегами, — постановка диагноза болезни по изменению геометрии движения клеток крови.
Оговорюсь: пока что большинство устройств зондовой микроскопии напоминает слепого с палочкой — на микроуровне свет уже не несет столь детальной информации, как на макроуровне. Вот почему наноустройства могут ощущать кровеносные сосуды практически тактильным путем, определяя сопротивление ткани воздействию. Но программы обработки их данных вполне способны визуализировать информацию, показав на компьютере оператору, как выглядит та или иная клетка или мельчайший кровеносный сосуд».
«Одно из главных направлений, которыми мы занимаемся, — создание биосовместимых материалов, не отторгаемых клетками человеческого организма, или, напротив, материалов, не позволяющих поселяться на них бактериям, — рассказала сотрудник Научно-исследовательского института вакуумной техники имени С.А. Векшинского Ольга Зилова. — Первые могут применяться в качестве имплантантов (некоторые из них уже используются в стоматологических клиниках для особенно сложных случаев протезирования).
Вторые — для создания медицинских инструментов, упаковки и т.п. У любой ткани есть собственный рельеф и собственная химическая активность: при использовании обычных имплантантов и обычных инструментов в одних случаях может начаться нежелательный рост клеток, в других — наоборот, непредвиденное их отмирание. Тщательный подбор наноматериалов позволяет избежать обеих проблем».
Игорь Артюхов поясняет, что на структуре из биосовместимых полимерных наноматериалов можно вырастить отдельные ткани и целые органы. «Специальный каркас, так называемый матрикс, служит своего рода строительными лесами, на которых выращиваются клетки, — поясняет он. — Очень хорошо удаются эксперименты по формированию костной ткани: размножающиеся на матриксах клетки-остеобласты позволяют восполнять дефекты кости, а также создать «клей» для костей, помогающий срастаться поврежденным конечностям. Много сложнее эксперименты по выращиванию нервной ткани — однако и здесь есть успехи: в настоящее время, к примеру, ведутся эксперименты на углеродных трубках по ремонту спинного мозга».
Биосовместимые материалы позволяют интегрировать в единую систему живые ткани и электронику. В конце прошлого года ученым Портсмутского университета удалось разработать первый биоэлектронный переключатель на основе молекул ДНК: устройство размером в одну тысячную толщины человеческого волоса позволяет соединить живой нерв поврежденной конечности с электронным датчиком управляемого протеза.
На кардинально новый уровень выведут нанотехнологии и микрохирургию — внутри глазного яблока микроскопические роботы смогут вернуть больному зрение, а внедряющиеся непосредственно в мозг наноустройства смогут бороться с его опухолями, а также с психическими заболеваниями, имеющими соматическую почву.
«Регулируя силу и скорость движения датчика, можно добиваться механического воздействия на клетки и отдельные молекулы, — рассказывает Станислав Хартов. — Уже разработаны и химические методы воздействия при помощи наноустройств — локальное анодное окисление молекул клетки, например». Точно управляя перемещением капсулы с лекарством, оператор сможет доставлять лекарственные средства непосредственно в пораженные органы.
«Канадский наноробот — прототип более совершенных управляемых устройств, способных перемещаться внутри различных органов, убивая атеросклеротические бляшки и раковые клетки, а также проводить сложнейшие микрохирургические операции, — замечает Игорь Артюхов. — Нанореволюция в медицине, разумеется, произойдет не в ближайшие годы, но я уверен, что лет через 10—20 устройства, о которых я говорил, станут вполне будничной реальностью». РБК Daily
