Это 4 статья из цикла «По немного о многом», заказанная IAET для публикации в Китае. В этой статье остановимся на работах в медицине и биологии.

Медицина использует компрессы и повязки для того, чтобы провести лекарственные препараты напрямую, в поврежденные ткани. Вот только такой метод скоро станет архаичным. Новое экспериментальное устройство ускоряет заживление на 25% и использует камеру, подключенную к компьютеру, чтобы определить, когда именно следует воздействовать на раны электрическим током или вводить лекарство. Электрофорез использует электричество для того, чтобы лекарство еще эффективнее проникало в ткани. То есть, по сути, это «компресс на стероидах». А локальное повышение температуры помогает проводить процедуру эффективнее.

Учёные University of California Santa Cruz, USA встроили миниатюрную флуоресцентную камеру для визуализации раны, кольцо из 12 светодиодов для освещения, электроды для стимуляции поврежденного участка, а также резервуары и биоэлектронные приводы для хранения и подачи жидких лекарственных средств. Всё это, вместе с источником питания, приклеивается к коже над раной. После установки и активации, a-Heal делает снимки раны каждые два часа и передает их по беспроводной связи на ближайший компьютер. ИИ-агент на этом компьютере анализирует изображения, сравнивая текущее состояние заживления раны с идеальным сценарием. Если система определяет, что рана заживает недостаточно быстро, агент посылает сигнал системе a-Heal. Сигнал побуждает или воздействовать электрическим полем на рану, тем самым усиливая миграцию клеток к её затягиванию, либо ввести дозу лекарственного препарата. В недавно проведённом 22-дневном исследовании на свиньях тестировали селективный ингибитор обратного захвата серотонина, известный как флуоксетин. При внешнем воздействии флуоксетин ускоряет заживление ран за счёт уменьшения воспаления.

В результате такого комбинированного подхода раны у свиней заживали примерно на 25% быстрее, чем у контрольной группы. Есть надежда, что эта технология может оказаться особенно полезной в регионах с недостаточным уровнем медицинского обслуживания, где у пациентов нет доступа к современным медицинским учреждениям. «Наша система воспринимает все сигналы организма и с помощью внешнего вмешательства оптимизирует процесс выздоровления» сообщает Марко Роланди, соавтор исследования. По сути, подобные инструменты могут быть интересны и для спортсменов, для повышения эффективности периодов восстановления после тренировок. Лично я предполагаю, что потенциал технологии сопоставим с соляриями или камерами сенсорной депривации. И в будущем возможен сценарий эдаких «салонов нитро-отдыха». Дескать, восстановись на 15 минут, словно поспал часок-другой!

Нейровоспаление связано с целым рядом опасных заболеваний головного мозга, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона. Совместная исследовательская группа из Хьюстонского методистского центра и Университета Райса разработала способ борьбы с нейровоспалением с помощью крошечной биоинженерной системы, доставляющей противовоспалительные белки к определённым участкам мозга. В статье, опубликованной в журнале Biomaterials, рассказывается о создании AstroCapsules — революционного объединения биоинженерии и нейробиологии, которое заключает астроциты человека (клетки головного мозга в форме звезды, играющие ключевую роль в здоровом функционировании центральной нервной системы) в небольшие биосовместимые гидрогелевые капсулы.

Исследователи обнаружили, что, когда астроциты внутри капсул получали секретируемый противовоспалительный белок, они могли значительно уменьшить нейровоспаление. Важно отметить, что астрокапсулы (диаметром 300 микрометров — примерно, как крупные песчинки) продолжали функционировать после имплантации в мозг, что свидетельствует об их устойчивости к отторжению иммунной системой организма. Ученые провели эксперимент с использованием выращенных в лаборатории образцов тканей человеческого мозга, известных как органоиды, а также на моделях мышей. «Эта система решает несколько актуальных проблем, связанных с клеточной терапией нервной системы, — говорит Кренчик, автор работы. — Поскольку капсулы образуют физический барьер между имплантированными астроцитами и тканью мозга, ожидается, что клетки будут локально выделять противовоспалительные белки, избегая при этом иммунного отторжения и нежелательной миграции по всему мозгу. Это повысит эффективность лечения и снизит побочный эффект».

По словам исследователей, это новый способ лечения тяжёлых нейродегенеративных заболеваний, который демонстрирует, как клеточная терапия может активно уменьшать разрушительное воспаление в мозге.
«Инкапсуляция клеток таким образом, чтобы защитить их от иммунного ответа, была главной задачей в этой области, — сказал соавтор исследования Омид Вейсе, профессор биоинженерии в Университете Райса. — Мы много лет работаем с биоматериалами, и этот проект дал нам возможность использовать опыт для решения уникальной задачи — создания сложной иммунной среды в мозге. Мы надеемся, что эта работа приблизит клеточную терапию к тому, чтобы она стала реальным вариантом лечения для пациентов с нейродегенеративными заболеваниями».

Проанализировав пять типов жировых отложений более чем у 700 тысяч человек, международная исследовательская группа обнаружила, что риск развития нескольких типов рака зависит не столько от количества жира в организме, сколько от места накопления. Для оценки применили метод менделеевской рандомизации, который позволяет установить, связаны ли генетически предсказанные уровни фактора риска и исхода заболевания. Результаты научной работы, опубликованной в Journal of the National Cancer Institute, показали, что избыток жира на животе повышал риск эндометриального рака (рак тела матки у женщин), рака печени и аденокарциномы пищевода, но снижал вероятность некоторых агрессивных форм рака груди.

Висцеральный жир, в свою очередь, увеличивал вероятность рака печени более чем в четыре раза. Накопление жировой ткани в поджелудочной железе повышало риск развития эндометриоидного рака яичников, но снижало вероятность проксимального рака ободочной кишки. Жир в области бедер и ягодиц, напротив, оказывал защитное действие, снижая риск рака молочной железы и менингитом. Исследователи также изучили механизмы, объясняющие выявленные связи. Оказалось, что избыток подкожного абдоминального жира снижал концентрацию глобулина — белка, связывающего половые гормоны — и повышал уровень доступного тестостерона, что частично объясняет вероятность развития эндометриального рака.

Более того, примерно 42% повышенного риска аденокарциномы пищевода, связанного с абдоминальным жиром, объяснялось снижением уровня белка IGFBP-1, регулирующего действие инсулиноподобных факторов роста. Около 27% защитного эффекта ягодично-бедренного жира было связано с повышением уровня адипонектина — гормона, регулирующего обмен веществ и обладающего противовоспалительным действием. По расчетам, до трети случаев рака печени в популяции могут быть связаны с избытком «опасных» жировых тканей — висцерального жира и жира печени. При этом индекс массы тела не всегда отражает реальное положение дел: человек может иметь нормальный вес, но высокий уровень жира в печени или вокруг органов брюшной полости. Хейзелвуд и коллеги отметили, что клиническая практика должна постепенно отходить от простой оценки массы тела к более точным методам, например МРТ или анализу биомаркеров, которые позволяют понять, где именно накапливается жир.

Согласно новому исследованию Гавайского университета в Маноа, триллионы микробов, обитающих в кишечнике человека, могут играть более важную роль в поддержании здоровья, чем считалось ранее. В статье, опубликованной в журнале International Journal of Molecular Sciences, исследуется, как кишечные бактерии взаимодействуют с генами человека, влияя на риск развития заболеваний, старение и даже будущие методы лечения. Микробиом кишечника (совокупность бактерий, вирусов и грибков, обитающих в пищеварительной системе) может влиять на эпигенетику — процесс, который включает или выключает гены без изменения самой ДНК. Эти изменения происходят за счёт химических меток, таких как метилирование ДНК или РНК, которые контролируют, когда и как экспрессируются гены.

«Понимая, как кишечные микробы влияют на гены, мы можем разрабатывать способы профилактики заболеваний и укрепления здоровья, которые приблизят нас к персонализированной медицине», — сказала Алика К. Маунакеа, соавтор исследования. Повседневные факторы, такие как питание, стресс, приём лекарств и старение, могут влиять на эти микробные взаимодействия. Например, кишечные бактерии вырабатывают короткоцепочечные жирные кислоты, питательные вещества и другие химические сигналы, которые могут перепрограммировать активность генов, связанных с иммунитетом, метаболизмом или здоровьем мозга. В свою очередь, образ жизни и генетическая предрасположенность человека могут определять, какие микробы будут преобладать в кишечнике, создавая цикл обратной связи между человеком и его микробами.

Ученые указывают на будущие возможности, когда понимание этого цикла поможет врачам разрабатывать персонализированные методы лечения. Потенциальные области применения включают использование микробных биомаркеров (биологических сигналов, указывающих на состояние здоровья или наличие заболевания), разработку «живых биотерапевтических средств» (полезных бактерий, вводимых в организм как лекарство) или совершенствование трансплантации фекальной микробиоты, при которой микробы из кишечника здоровых доноров передаются пациентам. Достижения в области искусственного интеллекта и анализа отдельных клеток помогают учёным моделировать эти сложные взаимосвязи в беспрецедентных масштабах.

В статье также подчёркивается важность установления чётких стандартов и соблюдения этических норм по мере развития этой области. Такие концепции, как принципы FAIR (Findable, Accessible, Interoperable and Reusable data — «Находимые, доступные, совместимые и пригодные для повторного использования данные») и принципы CARE (Collective benefit, Authority to control, Responsibility and Ethics — «Коллективная выгода, право контроля, ответственность и этика»), необходимы для того, чтобы данные исследований микробиома приносили пользу различным группам населения.
В обзоре рассказывается о том, как кишечные микробы взаимодействуют с человеческими генами, и подчёркивается перспективность и ответственность этой развивающейся области науки. Полученные знания позволяют адаптировать профилактику и лечение к уникальным микробиологическим и эпигенетическим особенностям каждого человека.

Техасская биотехнологическая компания Colossal Biosciences заявила о прогрессе в проекте по возрождению додо — гигантской нелетающей птицы, вымершей около 400 лет назад. Учёные смогли культивировать первичные половые клетки сизого голубя, близкого родственника додо, которые станут основой для создания потомства с признаками древнего пернатого. По оценкам компании, полный процесс может занять 5-7 лет. Исследователи нашли способ вырастить у сизого голубя особый тип клеток, известный как первичные половые клетки — предшественники яйцеклеток и сперматозоидов. Сизый голубь был выбран из-за его близкого родства с додо и из-за широкого распространения по всему миру. Ранее аналогичные методы успешно применялись к курицам и гусям. Но ни один другой вид птиц, в том числе близкородственный перепел, не давал устойчивого результата.

Команда Colossal протестировала более 300 комбинаций факторов роста, молекул и метаболитов, прежде чем нашла оптимальные условия, позволяющие клеткам голубей развиваться в течение 60 дней. «Это был критически важный этап, без которого проект додо не мог бы продвигаться», — отметила главный научный сотрудник компании Бет Шапиро. Следующим шагом станет использование этих клеток для создания живых голубей через суррогатную курицу. Параллельно компания работает с первичными половыми клетками никобарского голубя — ближайшего ныне живущего родственника додо. Клетки будут генетически модифицированы, чтобы включать признаки додо, после чего их введут в эмбрионы стерильных куриц для последующего воспроизведения потомства с нужными генами. Курицы предпочтительнее голубей в качестве суррогатов — они не летают и, следовательно, проще в содержании.

Процесс с птицами сложнее, чем с млекопитающими, потому что их эмбрионы развиваются внутри яйца, и их нельзя клонировать напрямую. Поэтому приходится создавать отдельные поколения матерей и отцов, чтобы получить обе копии генов для модификации. Это делает процесс более медленным и сложным. По оценкам, он займет не менее 5-7 лет. Colossal Biosciences ведёт и другие амбициозные проекты. Ранее компания объявила «воскрешении» лютоволка. В планах — «вернуть» шерстистого мамонта, тасманийского тигра (тилацина) и вымершую птицу моа. Для этого используются древняя ДНК, клонирование и генная инженерия, позволяющая изменить генетический код современных родственников.

Проект вызывает как интерес, так и критику. Эксперты отмечают, что воссоздать вымершее животное невозможно — на практике это будут генетически модифицированные гибриды. Защитники природы указывают, что внимание к «воскрешению» может отвлекать от сохранения существующих видов и экосистем. При этом Colossal подчеркивает, что цель проекта — создать функциональные копии с ключевыми признаками, что может помочь в сохранении птиц с низким генетическим разнообразием. В начале года стартап привлек $200 млн при оценке $10,2 млрд.

Китайские и американские молекулярные биологи приспособили геномный редактор CRISPR/Cas для создания быстрого и точного теста на туберкулез, способного выявить следы присутствия инфекции в организме пациента всего через час после сбора биоматериалов. Об этом сообщила пресс-служба американского Тулейнского университета. "Каждый год туберкулезом заражается примерно 10 млн человек, однако около 40% этих случаев не выявляются медиками. Это связано в том числе с тем, что пока у нас отсутствуют быстрые и менее инвазивные методы диагностики туберкулеза, которые были бы доступны максимально широкому кругу пациентов. Если мы реально хотим уничтожить эту болезнь, нам необходимо создать инструменты, работающие вне стен лабораторий", - заявил профессор Тулейнского университета Тони Ху.

Биологи сделали большой шаг к решению этой задачи, для чего ученые разработали быстрый тест на туберкулез, для работы которого не обязательно забирать мокроту из легких пациентов, проводить другие инвазивные процедуры и сложную многоэтапную обработку проб в крупных лабораториях. Для выявления инфекции с высоким уровнем точности можно собрать образцы биоматериала с поверхности языка пациента и обработать их при помощи одного набора реагентов. Как объясняют биологи, набор реагентов построен на базе фермента Cas12, который широко используется в работе некоторых версий "нобелевского" геномного редактора CRISPR/Cas, и специальных РНК-шаблонов, позволяющих этому белку распознавать обрывки РНК и ДНК туберкулезной палочки. Ученым удалось подобрать такой шаблон, который позволяет обнаружить даже единичные обрывки генома микроба в биообразцах, размножить их и пометить при помощи светящихся меток.

Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA) одобрило к применению при раке мочевого пузыря внутрипузырную систему для длительного высвобождения противоопухолевого препарата, говорится в пресс-релизе организации. Разработанная компанией Johnson & Johnson система TAR-200 представляет собой полупроницаемую двойную силиконовую трубку с таблетками гемцитабина и мочевины. Ее по катетеру вводят в мочевой пузырь, где она сворачивается и медленно высвобождает препарат на протяжении трех недель.

Ученые из Великобритании успешно завершили тестирование технологии Fastball, которая позволяет проводить первичную диагностику деменции в комфортных условиях у себя дома. Диагностика основана на оценке активности головного мозга и способна выявлять первые признаки снижения памяти за годы до симптомов нейродегенерации. Fastball EEG представляет собой трехминутный пассивный тест, регистрирующий электрическую активность мозга пациента, который в момент диагностики просматривают поток различных изображений. Согласно полученным результатам, тестирование выявляет признаки когнитивных нарушений за годы до симптомов, сообщается на сайте Университета Бата.

«С помощью современных диагностических инструментов мы упускаем первые 10–20 лет болезни Альцгеймера. Fastball предлагает способ изменить это», — заявил автор исследования Джордж Стотхарт. Fastball — это ЭЭГ-тест, который отслеживает автоматические реакции мозга на изображения и не требует от участников следовать инструкциям или вспоминать информацию. Это делает его более объективным и доступным, чем традиционные тесты на память, считают авторы. Они проделали большую работу, чтобы определить, какой результат электроэнцефалографии соответствует здорового мозгу, а какой указывает на первые признаки изменений. Исследования подтвердили, что тест эффективно выявляет ранние проблемы с памятью, которые могут привести к деменции. Кроме того, тестирование показало достоверные результаты в домашних условиях.

Ученые Университета Массачусетса в Бригеме показали, что ежедневный прием экстракта какао, богатого флаванолами, может снижать возрастное воспаление, защищая сердце и сосуды. В исследовании участвовали 598 человек от 60 лет. У участников, которые принимали добавку с 500 мг экстракта какао, уровень воспалительного белка снижался на 8,4% в год по сравнению с плацебо. Помимо какао, флаванолы содержатся в чае, ягодах и винограде. В исследовании участвовали 598 человек от 60 лет и старше, случайным образом отобранные из более масштабного проекта COSMOS, насчитывающего более 21 тыс. участников. В течение нескольких лет добровольцы ежедневно принимали добавку с 500 мг экстракта какао, содержащего около 80 мг эпикатехина — флаванола, который считается полезным для здоровья сердца и сосудов.

Ученые измеряли пять маркеров воспаления в крови участников, включая три провоспалительных белка (hsCRP, IL-6, TNF-α), один противовоспалительный (IL-10) и иммуноопосредованный (IFN-γ). Результаты показали, что уровень hsCRP снижался в среднем на 8,4% в год по сравнению с плацебо, что указывает на значительное снижение риска сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, участники, принимавшие экстракт какао, демонстрировали умеренное повышение уровня IFN-γ на 6,8% в год. Этот белок участвует в иммунных реакциях, однако значение такого повышения пока не до конца ясно и требует дальнейшего изучения.

Результаты подтверждают, что флаванолы способствуют здоровому старению и снижению риска сердечно-сосудистых заболеваний. «Экстракт какао не заменяет здоровый образ жизни, но может стать важным инструментом в регуляции воспаления по мере старения», — отметил старший автор исследования Янбин Донг. Ранее исследования связывали флаванолы какао с улучшением памяти, защитой от диабета 2 типа и снижением окислительного стресса у пожилых людей. При этом флаванолы содержатся и в других растительных продуктах, таких как чай, ягоды и виноград. Поэтому пользу может приносить не только какао. Следующим шагом команда планирует изучить, как комбинация флаванолов какао и поливитаминов может воздействовать на более серьезные воспалительные процессы и другие возрастные заболевания. Исследователи также отметили важность разнообразного растительного рациона для поддержания здоровья сердечно-сосудистой системы и общего самочувствия.

Ученые разработали ультразвуковой «шлем», который открывает новые перспективы лечения неврологических заболеваний без операций и других инвазивных процедур. Устройство способно воздействовать на микроскопические участки мозга – в тысячу раз меньшие, чем это возможно при традиционном использовании ультразвука. По точности и эффективности оно может стать альтернативой глубокой стимуляции мозга (ГСМ), применяемой, например, при болезни Паркинсона. Кроме того, технология рассматривается как потенциальный способ терапии при депрессии, синдроме Туретта, хронической боли, болезни Альцгеймера и зависимостях.

В отличие от ГСМ, где требуется хирургическое вживление электродов для подачи электрических импульсов, новый метод использует механические ультразвуковые волны, воздействующие на мозг снаружи. До последнего времени точность их применения была ограничена, но в исследовании, опубликованном в Nature Communications, представлена система, которая позволяет работать с зонами мозга в 30 раз меньшими, чем при существующих технологиях глубокого ультразвукового воздействия. Чтобы протестировать устройство, его испытали на семи добровольцах. Сфокусированный ультразвук направляли на участок размером с рисовое зерно в латеральном коленчатом теле (ЛКТ) – важном звене зрительного пути от глаз к мозгу. Эксперименты показали: модуляция этой области снижает активность зрительной коры и оказывает длительный эффект. Разработка велась более десяти лет совместными усилиями междисциплинарных команд Университетского колледжа Лондона (UCL) и Оксфордского университета, которым удалось объединить технологию шлема со сканированием МРТ. Сейчас исследователи готовят испытания на участках мозга, связанных с болезнью Паркинсона, шизофренией, постинсультной реабилитацией, хронической болью и депрессией. Сам шлем является уникальным устройством. Его разработчики подчеркивают, что при дальнейших испытаниях особое внимание будет уделено удобству использования пациентами.

Рисунок Medical technology concept ©. on Adobe Stock.