Инъекции частиц кислорода в организм человека.

Шесть лет назад доктор Джон Кхиэ (JohnKhier) из Детской больницы Бостона (BostonChildren'sHospital) приступил к исследованиям в поисках средства, способного на время заменить дыхание и обеспечить организм человека кислородом. Его подвигла на это смерть молодой пациентки, наступившая вследствие низкого уровня кислорода в крови, вызванного отказом легких.

Недавно больница известила, что доктор Кхиэ добился заметного успеха. Его команда придумала способ введения кислорода в кровь подопытных животных, повышая его уровень до нормального значения в течение нескольких секунд. Для этого молекулы кислорода заключаются в микрокапсулы.

Микрочастицы создаются ультразвуковым устройством, названным sonicator. Высокочастотные колебания перемешивают липиды (жировые молекулы) с молекулами кислорода. В результате формируется взвесь из частиц диаметром 2-4 микрона, каждая из которых состоит из кислородного ядра, окруженного снаружи липидной оболочкой.

Частицы настолько малы, что легко проходят сквозь капилляры и не препятствуют кровотоку. Как известно, если в кровь непосредственно вводить кислород, то могут образоваться пузырьки, вызывающие эмболию, закупорку сосудов и блокирующие движение крови.

В сочетании с жидким носителем липидно-кислородные микрочастицы могут быть введены непосредственно в кровь инъекцией. Микрокапсулы содержат кислорода в 3-4 раза больше, чем естественные красные кровяные тельца, поэтому небольшого количества суспензии достаточно, чтобы поддерживать требуемый уровень кислорода какое-то время.

Во время опытов кислородные инъекции поддерживали жизнь лабораторных животных с заблокированными трахеями в течение 15 минут. Также возможно использование препарата для поддержания уровня кислорода в ситуациях связанных с остановкой сердца и различными травмами.

2. Вживление электродов в мозг: чипы, имплантаты, интерфейс мозг-компьютер.

Технология, позволяющая вживлять электроды прямо в мозг или, в перспективе, другие органы тела человека с минимальной необходимостью хирургического вмешательства изобретена учёными из Гарвардского университета. Как утверждают нанотехнологи, данные имплантаты способны самостоятельно соединиться с требуемыми нервными клетками, необходимые для подачи электрических импульсов.

Одним из самых возможных направлений, где можно использовать результаты такого рода открытий - это создание полноценного человеко-машинного интерфейса. BCI (дословно интерфейс «мозг-компьютер») позволит производить считывание с последующей передачей сигналов нервным клеткам головного мозга для дальнейшей их обработки и использования полученных импульсов для управления ими силой мысли! Правда на данный момент из-за сложностей с интерпретацией сигналов данный интерфейс используют очень и очень редко.

То есть перспективность очевидна - с помощью данной технологии можно:

• создать солдат-киборгов наподобие робокопа из одноимённого фильма;

• разработать системы для вживления их в организм человека с целью дать парализованным людям возможность двигаться;

• вернуть потерянное зрение и слух утратившим их людям;

• создавать совершенные протезы;

• возможность управлять телевизоров, кондиционерами, домашним роботов и т.д. силой мысли;

• погрузиться в мир онлайн-игр лёжа на диване без особых на то телодвижений, где будет максимальный эффект присутствия, высокий геймплей и высококачественная графика и прочее и прочее. Применений масса, но суть, думаю, ясна - совершенно новый уровень качества жизни.

Киберконечности.

Протезирование давно используется для замены отсутствующих конечностей, уже десятки лет, но современная их версия — киберконечности — стремится не только к эстетической замене, но и функциональной. Задача таких конечной — восстановить или заменить утраченную конечность с полноценной функциональностью и внешним видом. И хотя, как мы уже отметили, все чаще при разработке протезов применяют нейрокомпьютерные интерфейсы, активно ведутся и другие исследования, которые должны убрать ограничения в этой сфере.

Многие из существующих устройств используют неинвазивные интерфейсы, которые обнаруживают легкие движения, скажем, грудных мышц или бицепсов, для управления роботизированным манипулятором. Современные устройства такого плана демонстрируют весьма неплохую моторику, которая весьма заметно улучшилась за последние десять лет. Кроме того, в этой области ведутся исследования, которые должны обеспечить двусторонний интерфейс — роботизированный протез, который позволит пациенту ощущать то, чего он касается своей искусственной рукой; однако мы только всковырнули поверхность того, что будет дальше.

В Гарварде возникшие сферы тканевой инженерии и нанотехнологий были объединены для создания «кибернетической ткани» — человеческой ткани со встроенной функциональной биосовместимой электроникой. Чарльз Либер, глава исследовательской группы, сказал следующее:

«С этой технологией впервые мы можем работать в тех же масштабах, что и биологическая система, не мешая ей. В конечном счете речь идет о слиянии ткани с электроникой таким образом, что станет трудно определить, где заканчивается ткань и начинается электроника».

Экзоскелеты.

В общем представлении экзоскелеты больше похожи на «боевые доспехи с питанием» вроде тех, что были в «Звездном десанте» Роберта Хайнлайна или у Тони Старка из «Железного человека». Однако то, что разрабатывается силами инженеров и ученых, в меньшей степени предназначено для борьбы с гигантскими роботами и вторженцами с других планет, и в большей — для восстановления мобильности инвалидов или повышения выносливости и грузоподъемной способности.

К примеру, одна компания сделала 15-килограммовый костюм из алюминия и титана под названием Ekso, который уже используется в десятках госпиталей США. С его помощью люди с парализующими травмами спинного мозга могут ходить. А ведь когда-то такое применение было совершенно непрактичным из-за громоздкости и веса такого костюма.

Похожую технологию лицензировала LockheedMartin для своего HumanUniversalLoadCarrier (HULC), который был тщательно испытан и будет поставляться для использования военными. Этот экзоскелет позволяет обычному человеку нести нагрузку в 90 килограммов со скоростью 15 км/ч, не проливая ни капли пота. В то время как Ekso использует заранее запрограммированные шаги, HULC использует акселерометры и датчики давления для обеспечения механических продолжений естественных движений пользователя.

Еще одно интересное устройство, предназначенное для использования в медицинской сфере, выпустила японская компания Cyberdine. Ее экзоскелет HAL предназначен для тех же целей, что и Ekso — давать возможность ходить людям с ограничениями.

Нанороботы в медицине

Наиболее полезной областью для применения нанороботов сегодня считается медицина. Медики планируют использовать эту технологию для экстренной доставки лекарств и полезных веществ прямо в клетки, а также для уничтожения инфекций и раковых клеток. нанороботы могут проникать внутрь тканей организма и уничтожать любую болезнь мгновенно, даже без применения специальных препаратов. Это позволит бороться и с генетическими нарушениями, ведь на уровне молекул и атомов можно исправить любые ошибки природы.

Другие медицинские нанороботы конструируются для точной диагностики заболеваний, сбора данных о человеческом организме. С началом активного применения этой технологии медицина будет развиваться ускоренными темпами, ведь это шанс заглянуть внутрь работающей клетки, изучить здоровые и поврежденные опухолями ткани, в конце концов, докопаться до ранее недоступных секретов нашего тела.

Сейчас в наномедицине приоритетными являются такие направления:

- Доставка лекарств напрямую в нуждающийся орган или систему на клеточном уровне.

- Усиление иммунитета или же его ослабление для борьбы с аллергическими реакциями.

- Хирургия с микроскопическими разрезами, позволяющая ускорить период заживления постоперационных швов.

- Диагностика и лечение онкологических заболеваний.

- Безопасное распространение в организме компонентов вакцины.

Эти методы уже проверены на лабораторных животных, сейчас готовятся испытания на людях, которые навсегда изменят мировую медицину, если будут удачными. Возьмем, к примеру, нанороботов, которые доставляют лекарства в клетки. Благодаря им во много раз уменьшится не только расход лекарственного препарата, но и количество побочных эффектов от сильнодействующих лекарств, ведь они не будут затрагивать другие органы и системы, кроме непосредственно пораженных заболеванием. Лекарство будет доставляться напрямую в клетку через ее цитоплазму. Так же упростится и вакцинация, более того – непредсказуемые антитела можно будет сразу заменить нанороботами, которые будут бороться с любыми инфекциями, попадающими в организм извне.

На сегодняшний день уже реально зафиксировано использование нанотехнологий в медицине – в первую очередь, для борьбы с раком. Наночастицы, названные липосомами, доставляют химиотерапевтические вещества внутрь раковых опухолей. В первую очередь этот метод применяется для лечения ВИЧ саркомы Капоси, миелом и рака яичников.

Экзокортекс

Экстраполируя вышеперечисленные идеи на будущее, представьте себе экзокортекс. Это теоретическая система обработки информации, которая будет взаимодействовать и расширять возможности вашего биологического мозга — истинное слияние ума и компьютера.

Это означает не только то, что ваш мозг станет лучшим хранилищем информации, но и быстрее будет обрабатывать информацию — экзокортекс будет предназначен для мышления и осознания высшего уровня. Если это сложно представить, подумайте о том, что человечество давно использует внешние системы для этого. Современной математики и физики не было бы без древнейших технологий письма и счета, и компьютеры — это всего лишь один из островков на длинном, длинном пути технологического прогресса.

Кроме того, подумайте о том, что мы уже используем компьютеры как продолжение себя. Интернет сам по себе можно рассматривать как своего рода прототип этой самой технологии, поскольку дает нам доступ к огромным хранилищам информации; а устройства, которые мы используем для доступа к нему — наши компьютеры — дают нам средства, с помощью которых происходит обработка данных, которых нашим мозгам просто не обязательно знать. Слияние двух систем теоретически может дать нам средство, которое выведет человеческий интеллект на запредельно высокий и недостижимый уровень.

11. Лапароскопическое бандажирование желудка.

Способ хирургического лечения ожирения, заключающийся в наложении бандажа на верхний отдел желудка. Бандаж — это кольцо, которое в месте наложения создаёт сужение просвета желудка, тем самым разделяя его на два отдела — на маленький желудок (над бандажом) и большой желудок (под бандажом). Рецепторы насыщения, которые сигнализируют о том, что желудок заполнен, находятся именно в верхнем отделе желудка. Поскольку ёмкость малого желудка над кольцом совсем небольшая (10-15 мл), он очень быстро заполняется маленьким количеством пищи, тем самым возбуждая рецепторы насыщения. Ощущение переполнения желудка, возникающее при этом, заставляет человека остановиться в дальнейшем поглощении пищи, вследствие чего потребление калорий существенно снижается и начинается снижение веса. Поскольку бандаж работает путём создания сужения просвета желудка и путём ограничения прохождения пищи, он является ярким примером рестриктивной (ограничительной) операции. Цель операции бандажирование желудка по установке желудочного бандажа заключается в резком уменьшении объема съедаемой пищи, и соответственно, в снижении количества потребляемых калорий. Наложенное кольцо придает желудку форму песочных часов.

12. Бионическое зрение

Бионический глаз — это специальное устройство, позволяющее слепым людям различать визуальные объекты и в определенном объеме компенсировать отсутствие зрения. Принцип работы бионического глаза построен на имплантации протеза сетчатки в поврежденный глаз. Это позволяет дополнить сохранившиеся в сетчатке неповрежденные нейроны искусственными фоторецепторами.

Как действует бионический глаз

Важная часть системы бионического глаза — полимерная матрица, снабженная фотодиодами, способная фиксировать слабые электрические импульсы и транслировать их нервным клеткам. Таким образом сигналы, преобразованные в электрическую форму начинают воздействовать на сохранившиеся в сетчатке нейроны. Альтернативой полимерной матрице могут быть и другие типы устройств, например, особые очки, видеокамера, инфракрасный датчик. Указанные типы устройств способны восстановить функцию центрального и периферийного зрения.

Видеокамера, встроенная в очки записывает картинку в аналоговой форме и отправляет полученные данные процессору-конвертору, преобразующему сигнал и отсылающего его ресиверу и фотосенсору, вживленному в сетчатую оболочку глаза пациента. И, наконец, электрические импульсы передаются через оптический нерв в мозг человека.

13. Увеличение роста с помощью операции (удлинение ног)

Удлинение кости невозможно без оперативного воздействия на неё, поэтому при коррекции используется метод остеотомии - делается хирургический перелом. В отличие от настоящего, в ходе операции пересекается лишь поверхностный - самый твердый - слой кости в определенном месте. Чаще всего это верхняя треть голени или бедра. Поскольку в голени имеется две кости: малая и большая берцовая - "ломать" необходимо обе. В некоторых клиниках операции по удлинению ног делают по очереди: сначала удлиняют одну, а через месяц после снятия аппарата - вторую ногу.

Под наркозом в ноге делается несколько разрезов, через которые хирург специальным инструментом рассекает кость. Затем в неё вставляются спицы, которые закрепляются в аппарате. Этот аппарат вам придется носить весь период удлинения. На третьи сутки после операции вы начинаете ходить с помощью костылей. А через неделю начинается сам процесс удлинения. Для этого 4 раза в сутки пациент самостоятельно подкручивает гайки на аппарате, увеличивая длину ноги. Таким образом, в день вы становитесь выше на 1 мм. Больший темп роста - например, 2 мм в сутки, - может сопровождаться образованием неполноценной костной ткани и, кроме того, сопровождаться патологическими изменениями мягких тканей (невриты, сосудистые расстройства).

Таким образом, вырасти на 6 см у вас получится примерно через 2 месяца. Сначала будет дискомфортно - места рассечения кости будут болеть как настоящие переломы. Некоторые клиники настаивают на том, чтобы все время в аппарате пациент находился под постоянным наблюдением врачей, другие примерно через месяц после операции отпускают домой. В течение этого периода вам надо будет не только подкручивать гайки, но и вовремя дезинфицировать спицы, чтобы не подхватить инфекцию. Чистота в этом случае - действительно залог здоровья.

Как только вы вырастаете на нужное количество сантиметров, аппарат с ваших ног снимается. С этого момента начинается период фиксации, который обычно длится в два раза дольше, чем предыдущий. За это время должны окрепнуть новые молодые участки ваших костей. После завершения периода фиксации можно забыть про костыли, которые до этого помогали вам вести приближенный к обычному образ жизни. Затем ещё несколько месяцев придётся воздержаться от физических нагрузок.

14. Кардиостимулятор

Электрокардиостимуля́тор (ЭКС; иску́сственный води́тель ри́тма (ИВР)) — медицинский прибор, предназначенный для воздействия на ритм сердца

Основной задачей кардиостимулятора (водителя ритма) является поддержание или навязывание частоты сердечных сокращений пациенту, у которого сердце бьётся недостаточно часто, или имеется электрофизиологическое разобщение между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярная блокада).

15. Линзы-копмьютер

Очки-компьютер, которые в фильме «Миссия невыполнима» казались делом дальнего будущего,уже вовсю завоевывают рынок. Первым разрабатывать «умные» очки и линзы стал Google. Его Google Glasses стали первой доступной версией подобного устройства. Но его конкуренты пошли дальше. Сегодня наиболее навороченной моделью компьютеризированных очков и линз считается Vuzix M300. Они оснащены встроенным диском на 16 гигабайт, 13-мегапиксельной камерой и портом Wi-Fi. А недавно компания Sony порадовала любителей шпионских игр, получив патент на контактные линзы, умеющие записывать видео, используя зум и ручную фокусировку. Их появление на рынке — дело ближайших лет.

16. ЭКО (Экстракорпоральное оплодотворение)

Это вспомогательная репродуктивная технология, чаще всего используемая в случае бесплодия. Во время ЭКО яйцеклетку извлекают из организма женщины и оплодотворяют искусственно в условиях «in vitro» («в пробирке»), полученный эмбрион содержат в условиях инкубатора, где он развивается в течение 2—5 дней, после чего эмбрион переносят в полость матки для дальнейшего развития.

17. Микрокамера

Немецкие инженеры создали камеру размером с гранулу соли, которая может изменить будущее наблюдения за организмом.

Используя 3D принтер исследователи из Университета Штутгарта создали камеру с тремя линзами, поместив её на конец оптоволокна шириной в два волоса.

Такая технология может быть использована в качестве минимально инвазивного эндоскопа для изучения человеческого тела. Также такую камеру можно разместить для практически незаметного наблюдения в системах безопасности или снабдить мини-роботов «автономным видением».

3-D печать создаёт объекты путём последовательного нанесения слой за слоем таких материалов как пластик, металл или керамика.

Вследствие производственных ограничений линзы в данный момент нельзя сделать достаточно маленькими для ключевых применений в области медицины, говорит команда создателей, которые считают, что их метод 3D печати может представлять собой «сдвиг парадигмы».

Как они говорят, чтобы спроектировать, изготовить и испытать этот крошечный глаз, обладающий высокими оптическими характеристиками и потрясающей компактностью, нужно всего несколько часов.

Линзы имеют толщину всего в 100 микрометров (0,1 мм или 0,004 дюйма) и ширину 120 микрометров вместе с корпусом.

Эндопротезы

Эндопротезирование сустава - это операция по замене компонентов сустава имплантантами, которые имеют анатомическую форму здорового сустава и позволяют выполнять весь объём движений. После подобных операций пациент забывает о болях в суставах и возвращается к активной жизни. В центре проводятся операции по эндопротезированию крупных (коленные, тазобедренные, плечевые, локтевые) и мелких (суставы пальцев) суставов.

Материалы, из которых изготовляют современные эндопротезы суставов, обладают высокой прочностью и хорошей приживаемостью в организме человека. Поэтому срок их службы составляет в среднем 15-20 лет, а во многих случаях больные пользуются ими до 30 лет. При износе эндопротеза его заменяют новым.

Металлические эндопротезы изготовляют из различных нержавеющих стальных сплавов. Они фиксируются к кости с помощью специального цемента, представляющего собой акриловую смолу и сплавы кобальта, хрома. Для изготовления скользящих компонентов эндопротезов, например, головки плечевой или бедренной кости, используют сплавы титана. А для изготовления поверхностей скольжения применяют сверхпрочный полиэтилен и алюмооксидную керамику.

Для изготовления протезов используются керамика, металл и особо прочные пластмассы. Эти материалы должны обладать хорошей износостойкостью, а также легко поддаваться обработке, для достижения хорошего сопряжения компонентов протеза. Производство протезов - сложный технологический процесс. Каждый протез проходит многоступенчатый контроль и имеет сертификацию.

RFID-чипы

RFID-чипы позволяют человеческому телу взаимодействовать с цифровой техникой. Один из исследователей применил вживленный чип, чтобы распространять компьютерный вирус. С их помощью можно подключаться к платежным системам и проходить аутентификацию в системах безопасности — на самом деле, потенциал их использования ограничен только тем, насколько далеко вы готовы зайти.

20. Магнитные имплантаты

Магнитные имплантаты помогают чувствовать электромагнитные поля и поднимать мелкие металлические предметы. Обычно их вживляют в руку или палец. Тим Кэннон, один из пионеров биохакинга, говорит, что он даже может диагностировать проблемы с батареей ноутбука, используя свои имплантаты.

Магниты могут передавать звуковые (и не только) волны. Биохакер Рич Ли имплантировал себе в уши магниты, которые работают как наушники. Они принимают сигнал от магнитного провода, подключенного в плеер. Также они умеют принимать сигналы от GPS, сообщая владельцу направление движения.