Bionische Hand, Gentherapie in vivo und 4 weitere bedeutende Entdeckungen in der Medizin des 21. Jahrhunderts

1. Künstliche Intelligenz

Neuronale Netze machen die Arbeit von Spezialisten einfacher und genauer. Zum Beispiel KI kannKünstliche Intelligenz in der Medizin / Dateneinnahmen Krankheiten diagnostizieren: Dazu analysiert das Programm die Ergebnisse von Screenings und sucht dann nach Mustern. Außerdem geht alles viel schneller, als wenn es von einer Person gemacht würde.

Auch künstliche Intelligenz fähigE. L. Romm, I. F. Zigelny. Künstliche Intelligenz in der Arzneimittelbehandlung / Annual Review of Pharmacology and Toxicology automatisieren den Prozess der Behandlungsauswahl basierend auf der Krankengeschichte, und auch erheblich beschleunigenKI in der pharmazeutischen Industrie und Arzneimittelentwicklung / Tec4med Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen. Sie brauchen in der Regel mehrere Jahre, um sie zu entwickeln und in Produktion zu bringen, und KI kann die Zeit auf ein Jahr verkürzen. Das trainierte Netzwerk ist in der Lage, sowohl erfolgreiche Kombinationen zu berechnen als auch den wahrscheinlichen Prozentsatz des Erfolgs zu ermitteln, wenn sie angewendet werden. Das heißt, um den Forschern zu ersparen, Zeit mit weniger vielversprechenden Optionen zu verschwenden.

Und es gibt bereits bewährte Beispiele. Ein von künstlicher Intelligenz erfundenes Medikament zur Bekämpfung von Zwangsstörungen geprüftT. Burki. Ein neues Paradigma für die Arzneimittelentwicklung / The Lancet 2020 öffentlich.

2. Biodruck

Organtransplantation jährlich hilftGeschätzte Anzahl an Organtransplantationen weltweit im Jahr 2020 / Statista Hunderttausende von Menschen auf der ganzen Welt retten. Aber überhaupt für Spender-Leber-, Herz- oder Nierentransplantation geeignet reicht nicht, daher gibt es für solche Operationen riesige Warteschlangen.

Wahrscheinlich kann Bioprinting, 3D-Druck von Organen oder Geweben, dieses Problem lösen. Wissenschaftler auf der ganzen Welt experimentieren mit dieser Technologie und haben bereits gelernt, wie man sie erstellt HautFranzösisches Start-up entwickelt einzigartige Technologie für 4D-Laser-Bioprinting von lebendem Gewebe / Medizinische 3D-Konferenz, Lebergewebe3D-Biodruck / Organovo und ein HerzForscher 3D drucken ein Herz mit menschlichem Gewebe und Blutgefäßen / 3D Natives.

Bioprinting funktioniert so:

1. Wissenschaftler sammelnDrucken der Zukunft: 3D-Biodrucker und ihre Verwendung / Australian Academy of Science "Tinte" zum Drucken, also lebende und gesunde Zellen. Entnehmen Sie dazu entweder direkt einer Person die gewünschte Probe oder verwenden Sie adulte Stammzellen.
2. Auf einem Computer wird ein Modell des gewünschten Organs oder Gewebes erstellt, oft basierend auf den Ergebnissen eines Scans oder MRT.
3. Der Drucker wird mit "Tinte" und anderen organischen oder synthetischen Materialien wie Kollagen beladen, die als Basis dienen.
4. Als nächstes kommt die Technik. Die Druckköpfe platzieren das Biomaterial nach und nach an den richtigen Stellen. Der Prozess ist langsam und dauert Stunden.

Obwohl solche Organe nicht an Menschen transplantiert werden, werden sie nur für klinische Studien verwendet. Aber die Knochen wurden auf ähnliche Weise gedruckt, einschließlich Schädelknochen75 % eines menschlichen Schädels durch 3D‑gedrucktes Material ersetzt / Extreme TechMenschen wurden bereits transplantiert. Die Einsatzmöglichkeiten eines 3D-Druckers in der Medizin beschränken sich nicht darauf. Sie wissen also bereits, wie man Medikamente darauf drucken kann: die ersten Muster gestartet in den USA bereits 2016 erhältlich.

3. Bionische Prothesen

Künstlicher Ersatz für amputierte Gliedmaßen wird seit Jahrtausenden von Menschen verwendet: Holzfinger gefunden3.000 Jahre alte Holzzehenprothese an ägyptischer Mumie entdeckt / lebende Wissenschaft sogar Mumien. Lange Zeit erfüllten Prothesen entweder nur kosmetische Funktionen oder ausgestattetProtézy v minulosti: pacienti kvôli nim trpeli / Magazin austauschbare Funktionsaufsätze, beispielsweise in Form einer Gabel oder eines Hakens. Obwohl diese Alternative nützlich war, konnte sie die Lebensqualität des Patienten noch nicht signifikant verbessern.

Wissenschaftler lange wir suchen nachR. Wirt, D. R. Taylor, F. Finley. Mustererkennung von Armprothesen: eine historische Perspektive – ein Abschlussbericht / Bulletin der Prothetikforschung eine Lösung, die aus der Prothese ein vollwertiges Körperteil machen könnte, das von der Kraft der Gedanken gesteuert wird. Die ersten erfolgreichen Versuche fanden bereits in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts statt, jedoch die Massenproduktion solcher Gliedmaßen gelungenJenseits des Menschen: 8 Organisationen schaffen bionische Durchbrüche / Wareable erst im 21. Jahrhundert etabliert werden. Dank der Entwicklung der Bionik-Technologie.

Das Geheimnis der Arbeit roboterhafter „Arme“ oder „Beine“ liegt in Myosensoren: Sie haften an Muskelgewebe, reagieren auf Gehirnsignale und leiten diese an die Prothese weiter. Es genügt, über die gewünschte Aktion nachzudenken, und das neue Glied wird sie ausführen. Infolgedessen muss sich eine Person nicht lange anpassen, Gewohnheiten ernsthaft ändern, Hobbys und Sport aufgeben.

Bionische Technologien ermöglichen es zum Beispiel, teilweise andere Arten von Prothesen herzustellen sehendes AugeKünstliches Sehen: Was Menschen mit bionischen Augen sehen / The Conversation und ExoskelettEkso-Bionik.

Einige moderne Prothesenhände lassen Sie sogar fühlen! Zum Beispiel Modular Prosthetic Limb, die entwickeltenModulare Prothetik / Johns Hopkins Labor für Angewandte Physik an der Johns-Hopkins-Universität. Darin befinden sich mehr als 100 Sensoren, die auf Temperatur, Textur und Position des Objekts reagieren.

4. Gentherapie in vivo

Die Möglichkeit, Erbkrankheiten zu behandeln, die durch eine Fehlfunktion eines bestimmten Gens verursacht werden, wie Mukoviszidose oder spinale Muskelatrophie, AnfangT. Friedmann, R. Röblin. Gentherapie für menschliche Erbkrankheiten?: Vorschläge zur Genmanipulation beim Menschen werfen schwierige wissenschaftliche und ethische Probleme auf / Wissenschaft in den 1970er Jahren diskutiert. Seitdem erschienGentherapie – Wann werden Gene behandelt? / Genotek mehrere Technologien, um den Zustand des Patienten zu „korrigieren“: die Einführung eines neuen Gens, das Ausschalten des alten oder das Ersetzen durch eine gesunde Kopie.

Die letzte lange Zeit wurde nur ex vivo durchgeführt: Das notwendige Material wurde dem Körper entnommen, im Labor behandelt und dann wieder gesund in den Körper implantiert. Einige der Genkrankheiten lassen sich auf diese Weise jedoch nicht heilen: Nicht jede Zelle lässt sich erfolgreich außerhalb des Körpers kultivieren. Daher suchten Wissenschaftler nach einem anderen Weg. Und sie fanden es in der Gentherapie in vivo: In diesem Fall wird dem Patienten das Medikament verabreicht und das Gen korrigiert losGentherapie: Treffen Sie die Medikamente der Zukunft / Biomolekül direkt im Körper.

Das erste derartige Tool wurde 2012 in Europa registriert. Es hieß Glybera und sollte Menschen mit einem LPL-Genmangel helfen, der Triglyceridaufbau und schwere Pankreatitis verursacht. Das Medikament wurde jedoch abgesetzt und das bereits 2017 erinnertGlybera / Europäische Arzneimittelagentur seine Registrierung: Es gab wenig Bedarf dafür, und es gab einfachere und kostengünstigere Behandlungsmöglichkeiten.

Seitdem sind mehrere weitere Medikamente erschienen, die bereits erfolgreicher sind. Beispielsweise behandelt Luxturna die Lebersche Amaurose, eine seltene Form der erblichen Erblindung, und Zolgensma behandelt bestimmte Arten der spinalen Muskelatrophie.

5. Roboterchirurg

Assistenzroboter werden nicht nur benötigt, um die Arbeit des Chirurgen zu erleichtern, sondern auch um bei besonders präzisen Operationen, beispielsweise am Gehirn, ein erfolgreiches Ergebnis zu erzielen. Experimente mit solchen Technologien begannen in den 1980er Jahren. Dann wurden mehrere Maschinen gleichzeitig erstellt. Unter ihnen:

• Arthrobot. Er positioniertDer erste Operationsroboter der Welt / The Medical Post und fixierte das Bein des Patienten während der Operation - durfte sich weigern, Assistenten in diese Arbeit einzubeziehen.
• PUMA‑560. GebrauchtPUMA 560/Britannica für die erste Roboterbiopsie. Anhand von Tomographiedaten ermittelte die Maschine die gewünschte Einstichstelle der Nadel.
• PROBOT. GeholfenProbot/Imperial College London präzise Operationen an der Prostata durchführen.
• ROBODOC. vereinfachtRobodoc führt erste erfolgreiche Operation am Menschen / UPI durch Gelenkendoprothetik, da der genaue Bereich des Hüftknochens ausgeschnitten wird.

Alle wurden jedoch privat und eher experimentell genutzt. Der allererste Roboter, der massiv von der Hilfe von Chirurgen angezogen wurde, war "DaVinci» (FDA-Zulassung, US-Gesundheitsministerium, bekamda Vinci-Chirurgiesystem / Drugwatch in 2000). Es ermöglicht Ihnen, komplexe Operationen minimalinvasiv durchzuführen, d. h. mit dem geringsten Schaden für den Patienten. Es kann in der Kardio- und Neurochirurgie, Urologie, Gynäkologie und anderen Bereichen eingesetzt werden.

„da Vinci“ hat vier „Arme“, aber er führt die Operation nicht selbst durch: Er wird von einem Chirurgen über eine Konsole gesteuert. Übrigens nicht unbedingt aus dem Nebenzimmer: Sie können den Roboter steuern, SeinDer Chirurg, der aus 400 km Entfernung operiert / BBC sogar Hunderte von Kilometern entfernt. Da Vinci wird in vielen Ländern der Welt verwendet. Zum Beispiel in Russland es geholfen um mehr als 24,5 Tausend Operationen durchzuführen.

6. Virtuelle Karte und Krebs-Immuntherapie

Jedes Jahr auf der Welt FixCancer Today / Weltgesundheitsorganisation Millionen neuer Fälle von Diagnosen verschiedener Krebsarten. Und Wissenschaftler arbeiten ständig an der Erforschung onkologischer Erkrankungen: Sie versuchen, die Besonderheiten des Zellverhaltens zu verstehen und alternative wirksame Behandlungsmethoden zu finden.

In den letzten Jahren sind mehrere interessante Entdeckungen in dieser Richtung erschienen. Forscher der University of Cambridge haben beispielsweise mithilfe von VR-Technologie eine interaktive Karte eines Krebstumors erstellt. Sie ist erlaubt3D-Modell nutzt VR, um Krebszellen virtuell zu untersuchen / Spring Wise „gehen“ Sie durch die verschiedenen Teile, genau wie in Online-Stadtplänen, und untersuchen Sie jede Zellgruppe im Detail. Um die Karte zu erstellen, nahmen die Wissenschaftler eine Biopsie des Tumors des Patienten, schnitten die Probe in dünne Scheiben, führten eine Reihe von Tests durch, um Informationen über das genetische Material zu sammeln, und luden die Daten in das System hoch. Das Programm kann aktualisiert werden, indem neue Informationen heruntergeladen werden: um genau zu erfassen und zu beobachten, wie der Tumor fortschreitet und wie seine Zellen interagieren.

Eine weitere wichtige Entdeckung steht bereits im Zusammenhang mit der Behandlung von Krebs. Es wurde von den amerikanischen und japanischen Immunologen James Ellison und Tasuku Honjo entwickelt. Unabhängig voneinander, sie entdecktNobelpreis für Physiologie oder Medizin - 2018 / Elemente Mechanismen im menschlichen Körper, die die Arbeit von T-Lymphozyten hemmen. Wenn diese Mechanismen außer Kraft gesetzt werden, beginnt das Immunsystem, Krebszellen selbst zu bekämpfen. Für ihre Arbeit, Wissenschaftler bekam Nobelpreis 2018. Dank ihrer Entdeckung wurden Medikamente entwickelt, die das Immunsystem entblocken, insbesondere Ipilimumab und Nivolumab. Klinische Versuche ShowJ. Larkin, V. Chiarion‑Sileni, R. Gonzales, J. Grob, P. Rutkowski, C. D. Lao, D. Schadendorf, J. Waggstaff, R. Dummer, P. F. Ferrucci, M. Smiley. Fünfjähriges Überleben mit kombiniertem Nivolumab und Ipilimumab bei fortgeschrittenem Melanom / The New England Journal of Medicinedass sie die Behandlungsergebnisse zum Beispiel beim Melanom (Hautkrebs) wirklich verbessern können.