От пальцевых сенсоров до наноиголок

Протезная чувствительность

Американские хирурги продемонстрировали принципиальную возможность восстановления тактильной чувствительности, утерянной в результате ампутации конечностей.

Современные моторизованные протезы рук позволяют совершать множество сложных движений. Однако их обладатели могут контролировать движение искусственных конечностей только на глаз - с помощью визуальной информации. В настоящее время в ряде лабораторий разрабатываются механические кисти с электронными сенсорами, встроенными в пальцы. Предполагается, что сигналы с этих сенсоров будут поступать на нервные окончания и оттуда передаваться в мозг.

То, что это возможно, подтверждают эксперименты, проведенные в Реабилитационном институте Чикаго. Несколько лет назад там был создан протез руки, подчиняющийся мысленным приказам. С 2002 г. это устройство получили шесть человек с ампутированными верхними конечностями, причем пятеро его успешно освоили. Протез, названный бионической рукой, получает сигналы от электродов, подсоединенных к грудной мышце пациента. К этой мышце хирурги подвели нервные волокна, которые ранее проходили через плечо и управляли движениями ампутированной руки. Когда обладатель протеза хочет совершить какое-то действие, мозг посылает на эти волокна соответствующие команды, которые через электроды транслируются протезу.

Теперь создатель бионической руки Тодд Кьюкен и члены его команды обнаружили, что новая технология протезирования обещает разрешить проблему восстановления тактильной чувствительности. Они вывели в кожные покровы груди двух своих пациентов другие нервные волокна, по которым до ампутации руки в мозг передавались тактильные ощущения. Со временем эти люди стали воспринимать прикосновения к этому участку кожи так, как если бы источниками сигналов были давно уже не существующие пальцы и кисти. Правда, пациенты пока что испытывают определенные трудности с расшифровкой своих ощущений, но это вполне естественно. Врачи рассчитывают, что эти эксперименты дадут возможность собрать информацию, которая ускорит разработку пальцевых сенсоров.

Магнетизм против травматизма

Исследователи Вирджинского университета успешно применили магнитные поля в качестве противовоспалительного средства. Со времен античности медицине известны пять главных признаков воспалительных процессов: жар, покраснение, болезненность, образование припухлости и нарушение функций. Воспаленная ткань опухает из-за того, что стенки мелких кровеносных сосудов расширяются и делаются более проницаемыми. Через них просачивается плазма крови, которая накапливается в пространстве между клетками и вызывает образование отека. В частности, такие отеки быстро возникают при переломах и других травмах.

Все знают, что припухлость можно уменьшить с помощью льда или компресса. Профессор биомедицинских технологий Томас Скалак и его ассистент Кассандра Моррис обнаружили, что для этого подходит и магнетизм. Они вводили в задние лапки крыс препарат, вызывающий воспаление (сами животные от этого не страдали, поскольку их заранее обезболивали). Как только конечности начинали распухать, их помещали в постоянное магнитное поле напряженностью в 70 миллитесла - это примерно в полторы тысячи раз сильнее магнитного поля Земли. Оказалось, что магнитное воздействие приводит к сужению расширенных капилляров и уменьшению отечности.

Профессор Скалак полагает, что магнитная терапия сможет стать эффективным средством борьбы с травматизмом. Правда, сначала предстоит определить оптимальные характеристики лечебных магнитных полей и разработать методику их применения в различных обстоятельствах. Именно этим сейчас занята его лаборатория. Наноконтейнеры для лучевой терапии

Американские химики открыли новый путь к использованию нанотехнологий для борьбы с раком. Разрушение злокачественных новообразований ионизирующими излучениями уже давно стало одним из самых мощных лечебных методов онкологии. Чтобы эта терапия давала поменьше побочных эффектов, целебные лучи должны поражать только опухолевые клетки, но не прилегающие к ним нормальные ткани. Такой точности прицеливания практически невозможно добиться при использовании источников излучений, расположенных вне тела больного. Поэтому во многих исследовательских центрах уже давно ищут способы адресной доставки радиоактивных частиц непосредственно к самой опухоли.

Новый важный шаг в этом направлении сделали ученые, возглавляемые профессором химии Университета Райса Лоном Уилсоном. Они научились упаковывать мельчайшие радиоактивные гранулы внутри коротких обломков углеродных нанотрубок. Эти гранулы состоят из астата-211, чрезвычайно редкого радиоактивного изотопа. Он практически отсутствует в земной коре, и потому его производят на ускорителях посредством облучения альфа-частицами висмута или тория.

Специалисты по медицинской радиологии интересуются аста-том-211 уже не первый год и считают его очень перспективным противораковым оружием. Альфа-частицы, которые выбрасывают распадающиеся ядра этого изотопа, убивают раковые клетки всего с одного или двух попаданий. К тому же период полураспада астата-211 лишь немного превышает 7 часов, так что он быстро исчезает после введения в организм больного.

Ранее исследователи из группы Уилсона нашли способ присоединять к сферическим углеродным наночастицам антитела, способные точно садиться на опухолевые клетки. Теперь они планируют прицеплять такие же антитела к нанотрубкам, заряженным астатом-211. Когда эта задача будет решена, появится возможность прицельно расстреливать альфа-частицами клетки злокачественных опухолей.

Электроды для стволовых клеток

Американские наноинженеры подсоединили к стволовым клеткам тончайшие провода из кремния. Биологи уже давно строят планы воздействия на отдельные клетки электрическими импульсами. Эта проблема приобрела особое значение в связи с исследованиями эмбриональных стволовых клеток.

Как известно, в ходе последовательных делений такие клетки производят меняющееся потомство, на что обычные клетки совершенно не способны. В результате во время созревания эмбриона они дают начало великому множеству непохожих друг на друга клеток, идущих на сборку печени, сердечной мышцы, нервов, почек и всех прочих органов. Ученые надеются, что со временем такие процессы удастся воспроизводить и в лаборатории. В этом случае появится возможность выращивать «в пробирке» любые ткани для последующей пересадки больным.

В естественных условиях процессы размножения стволовых клеток управляются химическими сигналами, о которых пока мало что известно. Однако не исключено, что деление стволовых клеток можно контролировать и с помощью электрической стимуляции. Для этого надо в них вводить тончайшие электроды и с их помощью соединять клетки как друг с другом, так и с различными электронными устройствами. Естественно, что такие подключения не должны подавлять способность клеток к нормальному размножению, в противном случае такие эксперименты окажутся бессмысленными.

Эту задачу впервые решили сотрудники Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса, вместе с которыми работали исследователи из соседнего Института сердечно-сосудистых заболеваний им. Гладстона. Они размножили эмбриональные стволовые   клетки   мыши   на кремниевой подложке, покрытой питательным раствором. Однако подложка не была гладкой, из нее выступали кремниевые острия. Эти наноиголки постепенно входили в тело растущих клеток, не нарушая работы внутриклеточных структур.

В итоге калифорнийские ученые присоединили стволовые клетки к электропроводящим контактам без какого-либо внешнего силового воздействия, что до сих пор никому не удавалось. В прошлом экспериментаторы уже пытались проникать внутрь клеток, протыкая их оболочки углеродными нанотрубками или другими нанопроводами. Однако это нередко приводило к серьезным повреждениям клеточных мембран, которые заканчивались смертью клеток. В то же время новая технология подключения клеток к электрическим контактам не причиняет им ни малейшего вреда. Калифорнийские ученые с равным успехом опробовали ее и на специализированных стволовых клетках человека, запрограммированных на превращение в клетки почечной ткани.

Кресло-пушинка

Читатель, вероятно, утомился от этого потока заумной информации. Впрочем, эта рубрика никогда не претендовала на лавры занятного чтения. Более того, она рассчитана на то, чтобы врач, желающий быть поближе к переднему краю медицины, напрягал мозги. Альтернатива этому - рутина, какой у нас переизбыток. Однако мы решили вознаградить эти усилия легким десертом.

Американская компания «Aero Innovative Research» объявила о разработке самого легкого в мире складного инвалидного кресла на колесах. Оно весит всего 8 кг 200 г, а его ширина в сложенном состоянии не превышает 24 см. Новинка по имени Flight уже прошла все положенные испытания и получила сертификат федерального Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств.

Юрий БЛИЕВ. По информации «Associated Press»