В новом выпуске "Дайджеста" новостей аватар-технологий от общественного движения "Россия 2045" речь пойдет об искусственном гене, который позволяет управлять нейронами в мозге с помощью магнитного поля, вылечивая шизофрению и болезнь Паркинсона; о протезе, способном имитировать действие кожных рецепторов; о стволовых клетках, которыми лечат катаракту; а также о хирургическом инструменте, основанном на принципах оригами-инженерии.
1. Уникальный кожный протез
Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали протез, способный имитировать действие кожных рецепторов и определять структуру поверхности. Изобретение европейских ученых поможет сделать искусственные конечности более совершенными. Для создания сверхчувствительного бионического пальца инженеры применили сенсор с пьезорезисторами, реагирующий на неровности поверхности.
Сигналы от датчика передаются в виде импульсов в срединный нерв руки пациента через тонкие вольфрамовые иглы или нейроэлектронный интерфейс, связанный с периферийной нервной системой. И пациент обретает тактильную чувствительность. Искусственный палец через электроды в виде игл подключили к предплечью испытуемого, потерявшего кисть руки в результате несчастного случая. После чего сенсор перемещали по разным поверхностям: гладкой, с углублениями, или с ребрами. Пациент смог на ощупь отличить гладкую поверхность от ребристой с точностью 96%.
Устройство протестировали и на здоровых людях, которые верно определили тип поверхностей в 77% случаев. Электроэнцефалограмма при этом не выявила существенных различий между сигналами в головном мозге при стимуляции "настоящего" биологического пальца и искусственного. Одним из недостатков протеза является то, что сенсор не всегда оставался зафиксированным и смещался при движениях руки. Сейчас авторы ищут способ его надежного закрепления.
2. Линза для глаз
Стволовые клетки уже продемонстрировали необыкновенный потенциал для улучшения зрения пациентов с дегенеративными глазными заболеваниями. Мы неоднократно рассказывали об этом. И вот еще одна замечательная новость. Американские и китайские молекулярные биологи смогли превратить стволовые клетки в "заготовки" хрусталика и успешно заменили им поврежденную "линзу" в глазах 12 пациентов с катарактой.
В своей работе ученые использовали не эмбриональные или перепрограммированные стволовые клетки, а их так называемых "нишевых" кузенов, обитающих в небольшом количестве в некоторых органах тела, в том числе в глазе и его хрусталике. Эти клетки используются организмом для осуществления "мелкого ремонта" и постепенной замены умирающих клеток. В старости они постепенно теряют свою способность к делению и снижают активность. Этим объясняется, почему катаракта и многие другие проблемы со зрением развиваются в основном в пожилые годы.
Авторы исследования изменили протокол операции по удалению катаракты, и, используя свой вариант операции, удалили поврежденные хрусталики в глазах нескольких крыс и кроликов, и попытались восстановить их, стимулируя рост стволовых клеток. Эксперимент завершился удачно – через семь недель после операции хрусталик полностью восстановился, и животные обрели полноценное зрение. После этого успеха ученые получили разрешение на проведение клинических испытаний на группе из 12 младенцев, родившихся с врожденной катарактой глаз. Через три месяца хрусталики у всех грудничков полностью восстановились и дети обрели нормальное зрение.
3. Как вылечить шизофрению
Ученые из Университета Виргинии создали искусственный ген, который позволяет управлять нейронами в мозге с помощью магнитного поля. Новое исследование имеет колоссальное значение для лечения целого ряда неврологических заболеваний, например, шизофрении или болезни Паркинсона.
Ученые связали ген, который отвечал за растягивание клетки, с другим, функционирующий как наномагнетик. Такая синтетическая комбинация "включалась" только в том случае, когда есть магнитное поле, что позволяло исследователям контролировать активность нейронов в мозге. Разработчики назвали искусственный ген "Магнето" (Magneto) в честь персонажа из комиксов, и связали его с центром удовольствия.
В серии экспериментов на мышах и эмбрионах рыбок данио, которым был внедрён искусственный ген Magneto, при дистанционной активизации нейронов животные добровольно шли в те места клетки, где присутствовало магнитное поле (именно там они чувствовали удовольствие). Животные без гена Magneto не демонстрировали подобные изменения в поведении в присутствии магнитного поля. Теперь ученые могут включать определенные нейроны в пределах магнитного поля, что делает возможным модифицировать или устранять последствия некоторых неврологических заболеваний, контролируя работу нейронных сетей.
4. Оригами-хирургия
Американские ученые из Университета Бригама Янга (BYU) разработали хирургический инструмент, основанный на принципах оригами-инженерии. Новый инструмент проникает внутрь организма через крохотные разрезы. И уже внутри разворачивается и приводится в рабочее положение. По окончании операции инструмент извлекается, а надрез быстро заживает без наложения швов. Например, роботизированный пинцет, созданный учеными, настолько мал, что может проникнуть к оперируемому органу через 3-мм надрез.
Прототипы были напечатаны на 3D-принтере, что позволило разработчикам быстро вносить желаемые изменения, а также избавиться от "лишних" деталей. Ученые надеются, что с помощью новых инструментов станет возможным проводить операции, которые ранее были не осуществимы.
