Биология и медицина – «Будущее сейчас»

Прогресс в деле ликвидации малярии

Малярия, опасное для жизни заболевание, вызываемое паразитами, передаваемыми людям через укусы инфицированных комаров, была одной из основных проблем здравоохранения в 20-м и начале 21-го веков. В 2017 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщила о 216 миллионах случаев заболевания, приведших к 445 000 смертям. Большинство из них сосредоточено в Африке, где зарегистрировано 92% случаев заболевания и 93% случаев смерти, причем дети в возрасте до пяти лет находятся в особо уязвимом положении. Эта болезнь также была распространена в Латинской Америке и экваториальных частях Азии. Почти половина всех случаев заболевания малярией в мире приходится на пять стран: Нигерию (25%), Демократическую Республику Конго (11%), Мозамбик (5%), Индию (4%) и Уганду (4%).

В дополнение к числу жертв малярии её экономические последствия были значительными, что привело к сокращению годового валового внутреннего продукта (ВВП) некоторых стран до 1,3%. В регионах, где эта болезнь была наиболее распространенной, она составляла до 40% расходов на здравоохранение и 60% посещений медицинских клиник, а также 50% госпитализаций.

Однако в настоящее время наблюдается прогресс в деле постепенной ликвидации малярии. В период с 2000 по 2015 год заболеваемость этой болезнью снизилась на 37%. Общий объем финансирования мероприятий по борьбе с малярией и ее ликвидации в 2017 году достиг, по оценкам, 3,1 млрд. долл.США. Новые профилактические и лечебные программы сочетались с более совершенными лекарствами и научными достижениями, что позволяло реализовать весьма амбициозные цели.

Инициатива “Е-2020”, созданная ВОЗ и другими партнерами, оказала поддержку странам, которые приближаются или уже подошли к завершающим этапам процесса ликвидации малярии, а также тем, кто работает над предотвращением реинтродукции этого заболевания. В 2018 году Парагвай стал первой страной Е-2020, официально объявленной ВОЗ свободной от малярии, а Алжир получил такой же статус в 2019 году. Тем временем Китай и Сальвадор сообщили о нулевом количестве случаев заболевания малярией среди коренного населения в период с 2017 по 2019 год. Другие известные страны включали Иран, Малайзию и Тимор-Лешти, где в 2018 году было зарегистрировано ноль случаев заболевания малярией среди коренного населения, а в Кабо-Верде-только два случая заболевания среди коренного населения и ноль смертей в 2018 году.

В общей сложности ВОЗ определила 21 страну с потенциалом достижения нулевого уровня заболеваемости малярией среди коренного населения к 2020 году. Это означало бы снижение смертности от малярии во всем мире на 40% по сравнению с 2015 годом. В более долгосрочной перспективе цели Е-2020 включают сокращение на 75% к 2025 году и сокращение на 90% к 2030 году.

Прогресс в достижении долголетия

К 2020 году лабораторные эксперименты позволили значительно улучшить здоровье и продолжительность жизни мышей. Поскольку грызуны и люди имеют одинаковую ДНК, теперь есть надежда победить процесс старения. Несмотря на то, что создание «элексира бессмертия» пока что видится только в отдалённой перспективе, разрабатывается широкий спектр методов лечения, направленных на уменьшение повреждения клеток, митохондриальных мутаций и других последствий старения.

 

Первое использование стволовых клеток в терапии хронической сердечной недостаточности

В первом десятилетии 21-го века хроническая (застойная) сердечная недостаточность была главной причиной смертности в промышленно развитых странах, уносящая больше жизней, чем все виды рака вместе взятые. Хроническое состояние характеризуется увеличенным сердцем, недостаточным кровоснабжением органов и конечностей тела. Например, только в США в течение 2010 года жертвами недуга стали около 5,1 млн. взрослых, с 825 000 ежегодным приростом и 50% смертностью в течение пяти лет после постановки диагноза. Для людей с конечной стадией сердечной недостаточности или с IV классом болезни выходом являлась только пересадка сердца или механическая поддержка с помощью аппарата вспомогательного кровообращения (LVAD). Из-за нехватки доноров, трансплантация часто не в состоянии удовлетворить спрос, в то время как постоянная LVAD поддержка ограничена клиническими осложнениями и высокой стоимостью.

Однако, вместе с начинающейся революции в здравоохранении, появился ряд новых вариантов лечения. С 2013 по 2020 годы глобальный рынок регенеративной медицины вырос с $16 млрд до $67 млрд, более чем в четыре раза. Среди самых заметных открытий стало использование стволовых клеток для восстановления и замены поврежденных тканей. Один из таких прорывов предусматривал использование мезенхимальных клеток-предшественников — редких клеток, которые находятся в кровеносных сосудах. Доказательсвто концепции было продемонстрировано на подопытных грызунах с болезней сердца, затем на более крупных животных, и наконец в 2014 году на третьей фазе клинических испытаний — на человеке.

Исследователи обнаружили, оптимальный диапазон дозы в 150 млн. мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Одного укола, обычно не требующего хирургии, достаточно для запуска гаммы трофических факторов, вызывающих формирование новых кровеносных сосудов, сердца и регенерации мышечной ткани, анти-воспалительных свойств и уменьшению рубцов. Наблюдается значительное улучшение функции сердца, что позволяет пациентам вновь жить относительно нормальной жизнью. К 2020 году такое лечение с помощью МСК становится коммерчески доступным — прибавляя больше лет к продолжительности жизни людей, которые в противном случае умерли бы в течение короткого времени.

Различные другие процедуры и технологии появляются в этом десятилетии, что способствует значительному снижению сердечно-сосудистых заболеваний. Смертность из-за этих факторов в значительной степени устранится в развитых странах к началу 2040-х годов.

Больше…

Самый большой в мире рой насекомых появляется снова

Brood X является самой крупной из 15 групп 17-летних цикад. Её члены, принадлежащие к одному роду Magicicada, массово прокладывают тоннель к поверхности земли, спариваются и откладывают яйца, а затем умирают. Это самый большой рой насекомых в мире. Площадь, которую он занимает, простирается от Нью-Йорка вниз по восточному побережью к Джорджии и на запад к Иллинойсу.

В последний раз Brood X появилась в 2004 году. Бесчисленные миллиарды насекомых наводнили восточную часть США, нарушая все пределы спокойствия своим непрерывным жужжанием во время брачного ритуала, слышным на километры. Несмотря на причиняемые неудобства, появление этого роя относительно недолговечно. Рой также вносит жизненно важные питательные вещества в верхний слой почвы, оставляя родную среду в значительно улучшенном состоянии в течение нескольких недель после вымирания.

Пятилетняя выживаемость при раке молочной железы приближается к 100%

Во всем мире на рак молочной железы приходится около 23% всех случаев рака у женщин (за исключением рака кожи, не вызванного меланомой). В 2008 году он стал причиной 458,000 смертей, что составило 13,7% смертей от рака у женщин. Эта болезнь встречается у женщин в 100 раз чаще, чем у мужчин, хотя такие цифры, как правило, возникают вследствие задержки в постановке диагноза мужчинам.

В 2011 году достижения в области генетики привели исследователей к выявлению 10 подтипов рака молочной железы, каждый обладал своими собственными уникальными генетическими признаками. В том же году были обнаружены три гена, связанные с наиболее распространенной формой рака молочной железы, и, возможно, отвечающие за рост опухолей.

В сочетании с персонализированной геномикой, это проложило путь для нового поколения лекарственных препаратов и других методов лечения, которые подбирались отдельно для конкретного индивидуума. Во многих западных странах пятилетняя выживаемость в настоящее время приближается к 100%, увеличивая вероятность достижения таких же показателей для 10-летней выживаемости к середине 2030-х годов.

Больше…

Мужские противозачаточные таблетки поступают в продажу

В начале этого десятилетия первые мужские противозачаточные таблетки становятся доступными для массового потребителя. Методы лекарственной контрацепции для мужчин исследовались уже на протяжении нескольких десятилетий. Ранее усилия были в основном сосредоточены на регулировании уровня тестостерона и применении синтетических гормонов для ограничения производства спермы, что аналогично схеме ограничения выработки яйцеклеток женскими противозачаточными препаратами. Однако у этого метода оказалось слишком много отрицательных побочных эффектов и от него впоследствии отказались.

Были испробованы другие, негормональные методы. Среди наиболее успешных – соединение, известное как СВ1, разработанное американскими учеными в 2012 году.  Оно управляет специфичным белком семенников под названием BRDT, имеющим большое значение для плодородия. Когда мышам вводили BRDT, они начинали производить меньше спермы, а немногие произведенные сперматозоиды не обладали достаточной подвижностью. Исследования подтвердили, что СВ1 действительно эффективно работал в качестве мужской контрацепции. Более того, последствия были полностью обратимыми, без негативных последствий для уровеня тестостерона или поведения животных. Вещество также не оказывало каких-либо видимых побочных эффектов на будущее потомство самцов.

Успех этого нового соединения и сильное сходство между мышиным белком BRDT и человеческим JQ1 позволило приступить к клиническим испытаниям с 2013 года.  К 2021, после восьми лет, оно стало доступно в виде таблеток. Это первый новый способ обратимой контрацепции для мужчин после появления презерватива много веков назад.

Больше…

Первая в мире искусственная почка

Почки выполняют жизненно важную роль в организме человека: фильтрация крови, выведение лишней жидкости и ликвидация отходов. Они имеют большое значение для мочевыделительной системы, регуляции артериального давления (с помощью водно-солевого баланса) и производства различных гормонов.

Заболевания почек разнообразны, но их основные долгосрочные последствия – это сахарный диабет и высокое артериальное давление. Среди наиболее серьезных клинических состояний – конечная стадия почечной недостаточности, от которой страдает около двух миллионов человек по всему миру. Она может привести к полному отказу почек от работы на уровне, необходимом для ежедневной жизни. На более поздних стадиях болезни возможные варианты лечения – только диализ или трансплантация. Хотя диализ может спасти жизнь, его эффекта хватает лишь на короткий срок, после чего процедуру следует повторить. Пересадка органов может помочь пациентам восстановить жизненные силы и мобильность, вернуться к нормальной деятельности, но существует проблема нехватки доноров, а также риск отторжения иммунной системой. Для лечения начинают использовать стволовые клетки, но это по-прежнему подразумевает полную замену почки.

Третий вариант был изучен, однако, становится впервые доступным только в настоящее время  – полностью искусственная почка. Исследования проходили в Университете Калифорнии, Сан-Франциско (UCSF). Прототип был получен в 2010 году, а с 2017 начались клинические испытания. В рамках инновационной программы правительства процесс разработки данного проекта был ускорен за счет сокращения времени, необходимого для его утверждения.

С использованием нанотехнологии устройство может имитировать почти все жизненно важные функции почек, в то время как биореактор выполняет другие виды почечной деятельности. При этом нет необходимости в насосах или электрических мощностях – фильтрация производится за счет собственного кровяного давления в организме. Кроме того, устройство имеет длительный срок службы, в отличие от живых пересаженных почек, которые обычно служат от 10 до 12 лет.

Больше…

Широко используется томосинтез молочной железы

Томосинтез молочной железы – это новая технология трехмерного сканирования, которая выявляет на 40 процентов больше случаев рака молочной железы, чем традиционная маммография, а также снижает дозу облучения. В 2015 году исследователи провели первое крупномасштабное исследование этой методики, чтобы сравнить её с более старыми методами скрининга. Было обнаружено, что томосинтез даёт более чёткие и точные изображения, причём рентгеновские лучи с разных углов показывают несколько тонких слоёв груди, в отличие от одиночных 2-D изображений. Кроме того, для женщин это безопаснее и удобнее, так как давление на грудь уменьшается вдвое.

По состоянию на 2015 год рак молочной железы был ведущим типом рака у женщин, на долю которого приходилось 25% всех случаев заболевания во всем мире. Показатели выживаемости значительно увеличивались в предыдущие десятилетия, и в течение 2020-х годов томосинтез является одним из новых методов, помогающих продолжать эту тенденцию. В течение первой половины 2020-х годов он становится доступным во многих странах. В сочетании с ИИ/глубоким обучением обработки сканированных изображений улучшение результатов продолжается и в дальнейшем.

Больше…

Имплантаты для головного мозга восстанавливают утраченные воспоминания

Теперь становится возможным тиражировать небольшие участки мозга с помощью «нейронных протезов» для того, чтобы возместить физический ущерб от болезни Альцгеймера, инсульта или травмы, включая в себя восстановление утерянных воспоминаний. Эти устройства могут имитировать электрохимические сигналы в таких регионах головного мозга, как гиппокамп (участвует в консолидации информации из кратковременной в долговременную память, а также пространственной ориентации).

Изначально эксперименты были проведены на грызунах, затем обезьянах, а потом уже на добровольцах в 2015 году. После восьми лет клинических исследований, процесс теперь может благополучно использоваться в больницах. Электродные датчики вначале используются для фиксации активности в здоровой ткани мозга. Уникальные структуры, ответственные за создание воспоминания распознаются и сохраняются на компьютере. Эти структуры используются затем, чтобы предсказать, что должны делать идущие далее поврежденные участки. Наконец, необходимая деятельность в здоровых участках может быть реплицирована, стимулируя клетки мозга с помощью электродов. Нейронные протезы создают мосты и устраняют разрыв между здоровыми и повреждёнными «ячейками» памяти.

В сочетании с лекарственными препаратами имплантаты могут лечить раннее слабоумие и потерю памяти. У пациентов с развитой болезнью Альцгеймера, однако, нервные сигналы, как правило, слишком деградированы для успешного исхода лечения. Тем не менее, это значительный шаг вперед в понимании головного мозга. В будущем, можно будет имитировать целые регионы, минуя гиппокамп, реализовывая сложные функции мозга целиком электродными сигналами. А ещё позже, по мере развития технологии нейронных имплантатов, откроется путь для полной загрузки разума человека в компьютерные носители.

Биоэлектроника для лечения артрита становится общедоступной

Артрит – это собирательное обозначение любых болезней (поражений) суставов, вызванных травмой, инфекцией или обменных нарушений. Как и в 2010-х годах, артрит является одним из наиболее распространенных типов инвалидности в Соединенных Штатах, преимущественно пожилых людей, более 20 млн. человек имеют серьёзные ограничения дееспообности. Артрит ежегодно обходится США почти в $100 млрд, цифра, как ожидается, в условиях старения населения резко возрастет в будущем. В лечении артрита, как правило, участвуют комбинации лекарств, физические упражнения и изменение образа жизни, но полное исцеление оставалось невозможным.

В 2014 году благодаря учёным произошёл прорыв, предполагающей использование био-электроники. Устройство похожее на кардиостимулятор устанавливается на шею пациентов, во время работы оно стреляет всплесками электрических импульсов для стимуляции блуждающего нерва – важной связи между мозгом и основными органами. Эти импульсы снижают активность селезенки, которая в свою очередь производит меньшее количество химических веществ и иммунных клеток, вызывающиъ воспаление в суставах больных ревматоидным артритом. У более половины людей происходит резкое улучшение, даже в тяжелых случаях, достигая до 30% ремиссии.

После успешных клинических испытаний, десятилетие прогресса привело к следующему поколению миниатюрных имплантатов, размером с рисовое зерно, более дешёвые и эффективные. К 2024 году использование данных устройств становится обычной формой лечения во многих развитых странах. Биоэлектроника имеет большой потенциал и успех и в других областях. Например, она может предотвратить спазмы дыхательных путей у астматиков, контролировать аппетит при ожирении, и помогать в восстановлении нормальной выработки инсулина при сахарном диабете.

Больше…