Серия «Медицина»

Фокусированный ультразвук уменьшает количество амилоидных бляшек, улучшая состояние больных

Болезнь Альцгеймера – одно из наиболее распространенных дегенеративных заболеваний центральной нервной системы, которое характеризуется прогрессирующими нарушениями памяти, речи и когнитивных способностей человека. Результатом болезни Альцгеймера является деменция – приобретенное слабоумие, среди симптомов которого стойкое снижение познавательной деятельности с утратой ранее полученных знаний и практических навыков, а также сложность или невозможность усвоения новой информации. Чаще всего болезнь Альцгеймера диагностируется у людей старше 65 лет, но в редких случаях она может возникнуть и в более раннем возрасте.

Об ослаблении памяти и снижении умственных способностей у пожилых людей рассуждали еще древнегреческие врачи и философы. Но впервые это состояние описал в 1907 году немецкий психиатр Алоис Альцгеймер, именем которого впоследствии и было названо указанное заболевание. В настоящее время в мире насчитывается около 46 миллионов человек, страдающих различными формами болезни Альцгеймера, и ожидается, что к 2050 году их число возрастет в 3 раза. Это может стать серьезной проблемой для мировой системы здравоохранения.

В настоящее время все еще не установлена точная причина возникновения болезни Альцгеймера. Считается, что ключевой особенностью заболевания является образование амилоидных бляшек в тканях головного мозга. Амилоидная бляшка представляет собой скопление особых пептидов, называемых бета-амилоидами, запускающих сложный комплекс процессов на биохимическом и клеточном уровнях, который в конечном итоге приводит к нейродегенеративным изменениям в мозге.

К сожалению, на сегодняшний день не существует способов вылечить болезнь Альцгеймера или хотя бы остановить ее развитие. Ученые проводят поиск препаратов, которые смогут препятствовать накоплению пептидов в тканях головного мозга или устранять уже сформировавшиеся амилоидные бляшки. Перспективным направлением в этой области считается использование антиамилоидных препаратов (так называемых антиамилоидных антител). Но их эффективность недостаточно высока из-за наличия гематоэнцефалитического барьера (ГЭБ).

ГЭБ – это физиологический механизм, создающий защитный барьер между кровеносной и центральной нервной системами. Другими слова, ГЭБ выполняет функцию фильтра и препятствует попаданию в головной мозг токсинов, патогенных микроорганизмов и других чужеродных субстанций (в том числе и антител), циркулирующих в крови. Этот барьер жизненно необходим, но он ограничивает проникновение лекарственных препаратов в ткани мозга. Для решения этой проблемы ученые предлагают использовать фокусированный ультразвук (ФУЗ) – метод локального воздействия ультразвуковым излучением на глубоко расположенные ткани организма. Проведенные исследования показали, что ФУЗ позволяет временно повысит проницаемость гематоэнцефалитического барьера.

В последние несколько лет учеными из разных стран проведен целый ряд исследований, направленных на разработку методики совместного использования фокусированного ультразвука и антиамилоидных препаратов. В результате такого комплексного применения наблюдалось частичное устранение амилоидных бляшек в головном мозге испытуемых и, соответственно, ослабление проявлений симптомов болезни Альцгеймера.

Неожиданные, но многообещающие результаты получила в своем недавнем исследовании группа ученых под руководством доктора Джин Ву Чанга, нейрохирурга из Университетской клиники Анам в Южной Корее. Ученые предположили, что уменьшить количество амилоидных бляшек возможно и без использования лекарственных препаратов, благодаря только лишь воздействию сфокусированного ультразвука на обширные области головного мозга, пораженные болезнью.

В проведенном исследовании приняли участие шесть женщин в возрасте от 50 до 85 лет, страдающих болезнью Альцгеймера. Каждая из них прошла три сеанса лечения фокусированным ультразвуком с интервалом в два месяца. Ученые воздействовали методом ФУЗ на лобные доли головного мозга испытуемых с помощью ультазвуковой системы ExAblate Neuro с частотой 220 кГц, поскольку известно, что именно эти участки мозга наиболее подвержены дегенеративным изменениям. Перед каждым сеансом и после его завершения исследователи проводили МРТ-сканирование головного мозга и нейропсихиатрическое тестирование участниц.

Проведенные исследования, результаты которых были опубликованы в журнале Journal of Neurosurgery, показали, что предложенный протокол лечения фокусированным ультразвуком не только значительно повысил проницаемость ГЭБ, но и привел к существенному уменьшению количества амилоидных бляшек в тканях головного мозга испытуемых. Кроме того, нейропсихиатрическое тестирование выявило значительное снижение проявлений симптомов болезни Альцгеймера у всех участниц научного эксперимента. При этом какие-либо побочные эффекты не были зарегистрированы. В своей работе доктор Чанг отмечает, что данное исследование позволяет глубже понять механизмы открытия гематоэнцефалитического барьера и закладывает прочную основу для дальнейшего изучения возможностей эффективной доставки лекарственных препаратов в пораженные участки головного мозга.

Несмотря на многообещающие достижения, исследователи подчеркивают, что количество участников эксперимента слишком мало, и для подтверждения полученных данных необходимо провести более масштабные исследования. Тем не менее эти результаты вселяют надежду на появление в ближайшем будущем методов, способных излечить болезнь Альцгеймера или хотя бы остановить ее развитие.

Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен,

а также на нашем сайте: Научно-популярный онлайн-журнал "Город науки".

Правда ли, что некоторые люди видят окружающий мир в черно-белых тонах?

Каждый из нас хотя бы раз в жизни смотрел черно-белые фильмы. Во время просмотра таких кадров мы пытаемся мысленно представить, как бы выглядело изображение, которое мы видим на экране, будь оно цветным. Но мало кто из нас задумывался, что существуют люди, которые видят окружающий мир как черно-белое кино. Почему же так происходит? Виной всему ахроматопсия – очень редкая патология, при которой полностью отсутствует цветовое зрение и человек воспринимает все, что его окружает, в черно-белых тонах.

Способность различать множество цветов и оттенков помогает людям ориентироваться в пространстве, познавать окружающий мир, заниматься изобразительным искусством. Человек воспринимает цвета с помощью органов зрения благодаря световому излучению. Когда свет падает на поверхность видимого объекта, часть этого электромагнитного излучения поглощается объектом, а другая часть – отражается от его поверхности. Длина волны отражаемого света зависит от цвета отражающей поверхности. Отраженный свет попадает в человеческий глаз, который способен воспринимать видимый спектр – излучение с длиной волны, находящейся в диапазоне от 380 до 780 нм.

В сетчатке глаза находятся фоторецепторные клетки – палочки и колбочки. Они воспринимают поступающие световые сигналы и преобразуют их в нервные импульсы, которые передаются по зрительному нерву в головной мозг. Палочки отвечают за сумеречное зрение, то есть реагируют на тусклый свет. Колбочки активируются ярким светом и обеспечивают цветовое зрение.

Колбочки, в зависимости от воспринимаемой части видимого спектра, бывают трех видов: S-, M- и L-типа. Колбочки S-типа чувствительны к коротковолновой, то есть фиолетово-синей части спектра. Их условно называют синими колбочками. Клетки M-типа воспринимают средневолновую (зелено-желтую) часть спектра и называются зелеными колбочками. L-тип колбочек активируется длинноволновой (желто-красной) частью видимого спектра. Это красные колбочки. В зависимости от количества активированных колбочек каждого типа в головном мозге человека формируется восприятие определенного цвета. Например, если мозг воспринимает оранжевый цвет, то в этот момент должны быть активированы 99% красных, 42% зеленых и 0% синих колбочек. Если одновременно активировано одинаковое количество всех трех типов колбочек, человек видит белый цвет.

У некоторых людей отсутствуют колбочки определенного типа или их количество слишком мало. В этом случае возникает дальтонизм – нарушение или полное невосприятие некоторых цветов. Дальтонизм может быть наследственным или приобретенным.

Наследственный дальтонизм встречается значительно чаще, чем приобретенный. Гены, ответственные за возникновение наиболее распространенных форм этой патологии, находятся в Х-хромосоме. Поскольку женщины имеют две Х-хромосомы, дефект в одной из них обычно компенсируется другой, в то время как мужчины имеют только одну Х-хромосому. Поэтому мужчин с наследственными формами дальтонизма значительно больше, чем женщин.

Приобретенный дальтонизм возникает, если поражены сетчатка глаза или зрительный нерв. Причинами такого состояния могут быть возрастные изменения, травмы и прием различных медикаментов.

В зависимости от того, какого типа колбочек не хватает, различают возможные виды дальтонизма.

Один из вариантов – это частичная цветовая слепота. Чаще всего встречаются нарушения восприятия красной и зеленой частей спектра. Это тот самый случай, когда человек не может водить автомобиль, потому что не различает цвета сигналов светофора. Реже возникает нарушение восприятия синей-фиолетовой части спектра.

Еще один вариант – монохромазия, когда в сетчатке присутствует только один тип колбочек. В этом случае разные цвета воспринимаются как один цвет с разным уровнем яркости.

Самый редкий случай – ахроматопсия, когда наблюдается полное отсутствие всех типов колбочек и световые волны любой длины воспринимаются как ощущение различных оттенков серого цвета. Другими словами, восприятие окружающего мира человеком с такой формой дальтонизма можно сравнить с просмотром черно-белого кино.

К сожалению, на данном этапе развития медицины вылечить ахроматопсию, как и другие формы дальтонизма, нельзя. Но можно частично скорректировать визуальное восприятие окружающего мира. Линзы, повышающие контрастность, помогают лучше различать оттенки серого, что облегчает ориентирование и восприятие деталей. Электронные устройства с высококонтрастными дисплеями помогают улучшить восприятие объектов. Эти методы не восстанавливают цветовое зрение, но помогают пациентам справляться с трудностями и адаптироваться к своему состоянию.

Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен,

а также на нашем сайте: Научно-популярный онлайн-журнал "Город науки".

Существует ли взаимосвязь между гениальностью и психическими расстройствами

21 декабря 2001 года состоялась премьера биографической драмы Рона Ховарда «Игры разума», повествующей о жизни известного ученого-математика Джона Форбса Нэша – единственного в мире лауреата двух самых престижных премий, присуждаемых за выдающиеся научные открытия: премии по экономике памяти Альфреда Нобеля и Абелевской премии. Джон Нэш был выдающимся математиком, который внес большой вклад в развитие теории игр. Разработанные им методы также широко используются в экономике. В течение многих десятилетий ученый страдал параноидной шизофренией, из-за чего несколько лет проходил лечение в психиатрической больнице. Несмотря на тяжелое психическое заболевание, Нэш до конца своей жизни продолжал заниматься математикой и преподавал в Принстонском университете.

Случай Джона Нэша – далеко не единственный пример в истории человечества, когда гениальность и безумие, соседствуя друг с другом, формируют выдающуюся личность. Исаак Ньютон, Винсент Ван Гог, Николай Васильевич Гоголь, Фридрих Вильгельм Ницше, Людвиг ван Бетховен – вот далеко не полный список гениальных ученых, художников, писателей, философов и музыкантов, которые страдали различными психическими заболеваниями (чаще всего расстройствами шизофренического спектра). Так существует ли на самом деле взаимосвязь между гениальностью и безумием или это очередной миф?

В настоящее время ученые провели целый ряд исследований, пытаясь ответить на этот вопрос, и пришли к интересным выводам. У некоторых людей в составе ДНК присутствуют определенные гены, которые отвечают за возможность возникновения расстройств шизофренического спектра. Одним из возможных проявлений этих генетических особенностей является оригинальность мышления. У таких людей полностью сохранен интеллект, но мыслят они иначе: мозг работает по принципу, который называется «уравнение вероятности альтернативных гипотез». Это означает, что с равной вероятностью истинной может оказаться как наиболее очевидная гипотеза, так и любая другая, даже самая экзотическая, которую люди с обычным типом мышления посчитали бы бредовой. Другими словами, человек, имеющий ген шизофренических расстройств, часто смотрит на вещи с непривычного ракурса, что помогает ему принимать нестандартные решения. Данный феномен называют эвристическим мышлением. И это является очень ценным качеством для ученых: выдвигая самые необычные гипотезы, можно сделать выдающееся научное открытие.

Но у медали, как известно, есть и оборотная сторона. Генетические особенности людей с нестандартным мышлением могут проявляться не только гениальностью, но и в виде специфических черт характера или даже психических заболеваний, что мы и наблюдаем у многих выдающихся деятелей науки и искусства. Здесь стоит также отметить, что чаще всего психические отклонения проявляются в отсутствие какой бы то ни было гениальности, равно, как и среди гениев есть психически здоровые люди.

Тогда возникает еще один вопрос: помогают ли психические заболевания совершать научные открытия? Скорее нет, чем да. Возвращаясь к истории жизни Джона Нэша, мы видим, что во время тяжелых обострений шизофрении ученый страдал галлюцинациями и не мог полноценно работать. И только научившись контролировать проявления своего заболевания, Нэш продолжил вести активную научную и преподавательскую деятельность.

Исходя из всего сказанного выше, можно ответить на вопрос о взаимосвязи гениальности и безумия. Да, такая взаимосвязь существует и обусловлена она присутствием у человека так называемых генов шизофрении, которые могут проявляться как в оригинальности мышления (или даже гениальности), так и в виде психических заболеваний. Однако нужно понимать, что не каждый человек с психическими расстройствами гениален, как и не каждый гений болен шизофренией.

Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен,

а также на нашем сайте: Научно-популярный онлайн-журнал "Город науки".

Впервые термин «нанотехнологии» был использован в 1974 году японским физиком Норио Танигути. Так ученый называл процессы создания полупроводниковых структур с точностью порядка десятков нанометров. Но активно развиваться это перспективное направление науки и техники начало лишь в начале XXI века. Так что же подразумевается под термином «нанотехнологии» в наше время?

На сегодняшний день нанотехнологии – это научно-техническое направление, включающее изучение, разработку, изготовление и применение объектов, размеры которых не превышают нескольких сотен нанометров. Другими словами, величина нанообъектов сопоставима с размерами атомов и молекул. Особенность данных технологий заключается в том, что некоторые физико-химические свойства наноструктур значительно отличаются от соответствующих характеристик микро- и макрообъектов. Одним из перспективных направлений развития этой научно-технической области являются нанороботы.

Нанороботы – это устройства, обладающие размерами менее 1000 нм и способные выполнять различные действия (перемещаться, обмениваться данными, манипулировать другими объектами и т.п.) в соответствии с заложенной разработчиками программой. Движение нанороботов осуществляется с помощью специальных молекулярных моторов – наноразмерных машин, способных преобразовывать приложенную энергию во вращение. Такие двигатели приводятся в действие химическим или световым методом, а также, посредством туннелирования электронов. Для создания нанороботов используются различные технологии 3D-печати. Одна из наиболее перспективных областей применения этих устройств – медицина.

Целевая транспортировка лекарственных препаратов непосредственно к клеткам пораженных тканей – один из возможных вариантов использования нанороботов в медицине. Также предполагается, что специальные наноустройства смогут распознавать раковые клетки и адресно доставлять к ним противоопухолевые препараты. Такой подход позволит повысить эффективность проводимой терапии и сократить количество побочных явлений.

Другое возможное применение нанороботов – это хирургия. Наносварка тканей сосудов позволит уменьшить кровопотерю, повысить качество операционных швов и ускорить процесс заживления. Предполагается, что через некоторое время подобные технологии будут использоваться при трансплантации органов.

Перспективным направлением развития наноробототехники является тканевая инженерия. По прогнозам ученых, в будущем нанотехнологии позволят восстанавливать поврежденные ткани. Предполагается, что группу нанороботов можно будет объединить с помощью специального матрикса в биосовместимую тканеинженерную конструкцию для последующего восстановление поврежденных органов.

Кроме того, ученые рассматривают еще одну возможную область применения нанороботов – поиск и анализ специфических молекул (биомаркеров) в крови пациентов с целью диагностики заболеваний или контроля эффективности проводимой терапии.

В будущем нанороботы, построенные из молекул ДНК человека, смогут применяться в генной инженерии. Это позволит проводить успешную терапию наследственных заболеваний, которые, на сегодняшний день, являются неизлечимыми.

Предполагается, что нанороботы будут вводиться в организм человека с помощью инъекций или приниматься пациентом в виде специальных капсул и таблеток.

Таким образом, по мере совершенствования технологий нанороботы будут находить все более широкое применение в различных областях медицины. В перспективе это позволит увеличить продолжительность жизни человека и повысить ее качество.

Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен,

а также на нашем сайте: Научно-популярный онлайн-журнал "Город науки".

Устройство, принцип работы и преимущества использования хирургического робота «Да Винчи»

Универсальный робот-хирург «Da Vinci» («Да Винчи»), предназначенный для проведения различных операций, был разработан в конце 90-х годов прошлого века компанией Intuitive SurgicalInc (США). Свое название он получил в честь великого ученого и изобретателя Леонардо Да Винчи, который сконструировал первый в мире прототип антропоморфного робота, способного двигать руками и ногами. В настоящее время «Да Винчи» является единственной универсальной роботизированной системой с дистанционным управлением, способной выполнять широкий спектр хирургических операций. Эту технологию успешно используют во многих развитых странах.

Общие сведения

«Да Винчи» представляет собой дистанционно управляемый копирующий робот-манипулятор, который позволяет хирургам проводить операции, не касаясь пациентов. В процессе хирургического вмешательства врач, находясь на некотором расстоянии от больного, управляет роботом с помощью специальной консоли и джойстиков. «Да Винчи» имеет видеокамеру и рабочие инструменты, которые выполняют функции рук хирурга. Видеоизображение, получаемое роботом во время выполнения манипуляций, выводится на монитор и помогает врачу контролировать процесс операции.

Устройство и принцип работы системы

Во время операции хирург управляет роботом с помощью специального пульта управления, при этом на экран монитора выводится трехмерное изображение оперируемого участка. Изображение можно многократно увеличить, что повышает точность проводимых манипуляций. При этом врач утомляется значительно меньше, чем при проведении обычного хирургического вмешательства.

Хирург управляет инструментами робота с помощью специальных джойстиков, которые реагируют на прикосновения кончиков пальцев. Движения врача в режиме реального времени с высокой точностью воспроизводятся манипуляторами на операционном столе. Это обеспечивает безопасность проведения операции и ее высокое качество.

«Да Винчи» оснащен четырьмя манипуляционным механизмами. Один из них имеет встроенную видеокамеру, которая передает изображение оперируемой области на монитор пульта управления в режиме реального времени. Два других манипулятора оснащены специальными инструментами и выполняют функции рук хирурга, а четвертый служит в качестве ассистента. С помощью хирургических инструментов производятся надрезы величиной 1 – 2 см для дальнейшего выполнения лапароскопической операции. Точность работы манипуляторов превосходит возможности рук человека. За счет уменьшения размеров надрезов и благодаря высокой точности проводимых манипуляций снижается уровень травматизации тканей пациента. Хирургические манипуляторы имеют 7 степеней подвижности, что является дополнительным преимуществом при работе в ограниченном пространстве во время операции.

В процессе хирургического вмешательства работу «Да Винчи» контролирует команда врачей-ассистентов. Они подготавливают оперируемую область для надрезов и манипуляций, следят за ходом вмешательства и по мере необходимости предоставляют стерильные инструменты.

Большое разнообразие хирургических инструментов робота «Да Винчи» и высокая степень подвижности его манипуляторов позволяют выполнять самые сложные операции. Каждый инструмент при этом выполняет свою роль: разрез, обработка тканей, зажим, наложение швов и другие. Точность хирургических манипуляций, которая обеспечивается робототехнической системой, исключает влияние тремора рук врача на качество проводимой операции и позволяет работать с труднодоступными участками тела пациента без риска повреждения здоровых тканей.

Достоинства роботизированной хирургической системы

Преимущества выполнения операции с использованием робота «Да Винчи» по сравнению с проведением обычного хирургического вмешательства связаны со снижением степени повреждения тканей пациента. Использование хирургической робототехники позволяет уменьшить послеоперационные боли, снизить кровопотерю и количество рубцов, обеспечить быстрое восстановление пациента и его возвращение к обычной жизни.

Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен ,

а также на нашем сайте: Научно-популярный онлайн-журнал "Город науки".

Новые технологии биопечати помогут трансплантологам и их пациентам

В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в медицине является трансплантология. В клинической практике нередки случаи, когда спасти жизнь тяжело больным пациентам возможно только с помощью трансплантации донорских органов. На сегодняшний день хирурги-трансплантологи успешно выполняют пересадку сердца, печени, почек, легких и других жизненно важных органов. При трансплантации возникает ряд проблем, наиболее серьезные из которых – это дефицит донорских органов и их возможное отторжение после пересадки. Иными словами, пациент сначала должен дождаться своей очереди, а затем, в случае успешного исхода операции, всю оставшуюся жизнь принимать медицинские препараты, препятствующие отторжению трансплантата. В будущем одним из возможных решений этих проблем может стать использование технологии биопринтинга.

Трехмерный биопринтинг – это технология синтеза объемных моделей, содержащих живые клетки и повторяющих поведение и структуру биологических тканей. Принцип работы биопринтера напоминает обычную 3D-печать. В качестве строительного материала здесь используются специальные биочернила, которые состоят их смеси живых клеток, питательных веществ и вспомогательных компонентов. Как правило, биопринтинг включает четыре этапа.

На первом этапе проводятся подготовительные работы – построение трехмерной компьютерной модели синтезируемого объекта, культивирование клеточного материала и проектирование вспомогательного строительного каркаса (матрикса). 3D-модель будущего объекта формируется по результатам КТ или МРТ зоны трансплантации с помощью систем автоматизированного проектирования. Определяются основные параметры печати: размеры и геометрия воссоздаваемого органа, количество слоев биочернил и т.п.

Второй этап – слайсинг, который подразумевает создание специальной «дорожной карты» для биопринтера. На данном этапе разрабатывается траектория движения печатающей головки для каждого слоя.

На третьем этапе выполняется 3D-печать. Если ранее были допущены какие-либо ошибки, вместо ожидаемого объекта можно получить бесформенную массу. Поэтому очень важно грамотно провести все подготовительные работы.

Четвертый этап – это постпринтинг, который направлен на стабилизацию структуры напечатанного биообъекта. Здесь происходит «дозревание» полученного органа в биореакторе – формирование необходимых базовых характеристик и функциональных свойств.

Результат проведенной работы предполагает трансплантацию полученного биологического объекта реципиенту. Это наиболее сложный этап. Здесь также возникает проблема отторжения, если пересаженный орган сформирован из биологически чужеродного для пациента материала. Решением может стать печать трансплантата с помощью биоматериала, полученного из собственных клеток реципиента.

Ученые предполагают, что уже в недалеком будущем технологии позволят методом биопринтинга воссоздавать органы человека и обеспечивать их пересадку без последующего отторжения. Это поможет спасти многих тяжело больных пациентов и существенно повысить качество их жизни после трансплантации.

Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен ,

а также на нашем сайте: Научно-популярный онлайн-журнал "Город науки"