Największe wyzwania współczesnej medycyny

Mimo ogromnego postępu technologicznego, współczesna medycyna wciąż nie jest w stanie poradzić sobie ze wszystkimi schorzeniami. Wykorzystanie nowoczesnych i coraz mniej inwazyjnych metod leczniczych i tak nie każdemu pacjentowi jest w stanie pomóc. Wizja świata przyszłości przedstawiona w filmie "Mr. Nobody", w którym to ludzie przestają starzeć się i umierać, jest nieosiągalna, nawet w najśmielszych marzeniach.

Imponujące osiągnięcia na polu transplantologii, laserowych korekt zaćmy, tytanowych stawów biodrowych, operacji laparoskopowych czy zapłodnień in vitro, pokazują jak długą drogę przebyliśmy od czasów Hipokratesa. To jednak nie wszystko, bo przecież wszyscy chcielibyśmy być piękni, zdrowi i sprawni. Niekończące się dążenie do doskonałości nie jest niczym niewłaściwym, ale niesie ze sobą ogromne ryzyko. Wkraczamy coraz śmielej w świat manipulacji genetycznych i sterowania ludzkim poczęciem. Co dalej? W jakich obszarach medycznych najbardziej niecierpliwie wypatrujemy przełomu? Oto lista najważniejszych wyzwań stawianych przed współczesną medycyną.

Pacjentów oczekujących na przeszczep serca wciąż jest znacznie więcej niż organów nadających się do operacji. Powiązane jest to z licznymi przeszkodami technicznymi stawianymi przez transplantologów - pobrany organ do czasu przeszczepu musi być utrzymywany w niskiej temperaturze, a ponadto trafić do biorcy jak najszybciej. Konieczność kompatybilności głównego systemu zgodności tkankowej oraz ryzyko odrzucenia przeszczepu, jeszcze bardziej skracają listę potencjalnie nadających się narządów.

Najrozsądniejszym wyjściem jest zatem stworzenie sztucznego serca. Prace nad nim trwają już od dawna, ale żaden z przedstawionych projektów nie okazał się na tyle innowacyjny, by można go wykorzystać u pacjentów na szeroką skalę.

Ale pojawia się nieśmiałe światło w tunelu. Doktorzy Bud Frazier i Billy Cohn zaprojektowali sztuczne serce, które może w pełni zastąpić wadliwy organ. Ta zaawansowana technologicznie pompa jest w stanie napędzać krew płynącą w żyłach potencjalnych pacjentów bez odtwarzania ich pulsu. Mimo że tętno od zawsze było uważane za jeden z najbardziej podstawowych markerów życia, z badań wynika, że puls nie jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania organizmu.

Bez pulsu można żyć:

Najciekawsza wydaje się sama konstrukcja sztucznego organu. Zamiast kurczących się naprzemiennie komór i przedsionków, zbudowane jest ono ze zwężających oraz rozszerzających się naczyń połączonych. Krew jest wprawiana w ruch za pomocą wirników wykonujących 10 000 obrotów na minutę. To dobry punkt wyjścia dla kolejnych badań.

Równie ważnym, co projekt sztucznego serca jest konstrukcja urządzenia filtrującego stanowiącego substytut nerki. Badacze z UCSF i 9 innych laboratoriów od kilku lat pracują nad projektem sztucznej nerki, która uchroniłaby ciężko chore osoby przed uciążliwymi dializami i nieuchronną śmiercią. Przełom może nastąpić wkrótce, bowiem prace nad sztuczną nerką są priorytetem dla amerykańskiej służby zdrowia.

Rewolucyjny projekt UCSF zakłada stworzenie sztucznej nerki zawierającej wyhodowane laboratoryjnie komórki filtrujące krew i utrzymujące właściwą równowagę wodno-mineralną. Co ciekawe, konstrukt ten nie wymaga obecności żadnego zewnętrznego źródła zasilania ani pompy - ciśnienie krwi samo napędza proces filtracji.

Tak działa nowatorska sztuczna nerka:

Urządzenie nie jest idealną kopią ludzkiej nerki, ale zapewnia funkcjonalność wystarczającą dla pacjentów, którzy chcą uniknąć niewolniczych dializ. Niestety, sztuczna nerka nie produkuje cennej erytropoetyny, hormonu stymulującego produkcję czerwonych krwinek. Pacjenci z wszczepioną hybrydą nerki nadal będą musieli zażywać tę substancję doustnie.

W przeciwieństwie do prawdziwego narządu, którego przeszczep przedłuża życie pacjenta o 10-12 lat, sztuczna nerka może działać znacznie dłużej, dzięki konieczności wszczepiania nowych komórek poprzez niewielki port średnio co 2 lata. Projekt ma osiągnąć fazę testów klinicznych w 2016 roku, a na rynek trafić jeszcze przed końcem obecnej dekady.

Jednym z największych wyzwań współczesnej medycyny jest pokonanie raka. Ignorancją byłoby stwierdzenie, że nasza obecna wiedza na ten temat jest znikoma, ale specyfika niektórych nowotworów złośliwych stawia pacjentów na straconej pozycji. W każdym z przypadków kluczowe jest odpowiednio wczesne wykrycie, które daje nadzieje na wyleczenie.

Właśnie do diagnostyki nowotworowej został zaprzęgnięty IBM Watson - najbardziej zaawansowany technologicznie superkomputer, będący częścią projektu DeepQA. Watson został stworzony do przetwarzania języka, wyszukiwania informacji i automatycznego wnioskowania. Wyposażony w 2880 rdzeni i 15 TB pamięci operacyjnej oraz własne bazy danych, twór jest w stanie podejmować autonomiczne decyzje oparte na jak największemu prawdopodobieństwu zajścia danego zdarzenia.

Diagnostyczna wersja Watsona różni się nieco od modelu, który stoczył pojedynek w słynnym teleturnieju "Jeopardy!", pokonując dwóch dotychczasowych mistrzów. Specyfikacja maszyny jest nieco uproszczona, bowiem w przypadku "edycji szpitalnej" liczy się trafność odpowiedzi Watsona, a nie szybkość jej uzyskania.

Lekarze wykorzystują moc obliczeniową Watsona do analizy ogromnej liczby danych na temat pacjentów chorych na raka: historii leczenia, stanu zdrowia, podawanych leków czy odbytych zabiegów. Na tej podstawie superkomputer sugeruje sposoby leczenia - zarówno chirurgiczne, jak i farmakologiczne.

Watson pomaga lekarzom:

Nowotwory prawdopodobnie nigdy nie zostaną wykorzenione z ludzkiego organizmu, bowiem są częścią naszej, często nieprawidłowo funkcjonującej, fizjologii. Jednej cudownej "pigułki na raka" nie wynajdziemy nigdy, ale wykorzystywanie komputerów o potężnej mocy obliczeniowej daje nam mocarnych sojuszników w walce z tą wyniszczającą chorobą.

Jednym z najczulszych elementów ludzkiego ciała jest kręgosłup. W wyniku wypadków samochodowych czy skoków do wody z niewłaściwej wysokości może dojść do przerwania ciągłości rdzenia kręgowego, skutkującego paraliżem lub śmiercią. Osoba po wypadku jest do końca życia skazana na wózek inwalidzki, bowiem powszechnie wiadomo, że układ nerwowy jest niezdolny do regeneracji.

Ostatnio naukowcy z Allen Institute Brain Science dowiedli, że tak wcale być nie musi. Wykorzystując szczegółową mapę genomu i ekspresję genów, odkryto podobny do neuronalnych komórek macierzystych (wspólne 122 genów) typ komórek, których aktywacja mogłaby doprowadzić do regeneracji uszkodzonych połączeń nerwowych w dojrzałym rdzeniu kręgowym.

Ważnym elementem wspomnianych komórek zwanych glejem radialnym jest ich lokalizacja względem rdzenia kręgowego. Podczas gdy większość neuronalnych komórek macierzystych skrywa się w głębi rdzenia, nowo zlokalizowany typ komórek biegnie wzdłuż jego krawędzi. Takie położenie jest niezwykle dogodne, pozwalając na szybką i nieinwazyjną metodę aktywację komórek glejowych. Jak na razie badacze nie posiadają kompletu badan na temat gleju radialnego oraz samej charakterystyki opisanych komórek.

Jest typ chorób, z którymi współczesna medycyna nie jest w stanie zrobić praktycznie nic. Mowa o schorzeniach powstających w wyniku mutacji. Gdy na jednym z etapów podziału komórkowego dochodzi do powstania dodatkowego chromosomu lub zamiany jednego nukleotydu innym, każda kolejna komórka jest obciążona typ piętnem. Z dojrzałego organizmu nie da się go wyeliminować, ale rozwój terapii genowych daje możliwości manipulacji kodem genetycznym nienarodzonych jeszcze dzieci.

Prawdziwym wyzwaniem zarówno dla medycyny, jak i etyki, będzie połączenie dwóch odmiennych stanowisk w kontekście ewentualnego wykorzystania modyfikacji genetycznych w celach leczniczych. Terapię genową można wykorzystać na wiele pożytecznych sposobów i z nienarodzonego dziecka wyeliminować chorobotwórcze geny. Z drugiej strony jednak wykorzystanie programowania genetycznego, może wykreować świat na kształt dystopii z głośnego filmu Andrewa Niccola "Gattaca".

Prawdziwym wyzwaniem dla bioinżynierów są oczy. Sztuczna siatkówka, która jest już dostępna na europejskim rynku sprawdza się doskonale. Osoby mające problemy ze wzorkiem poddawane są zabiegowi polegającemu na umieszczenie 60 elektrod w tylnej części oka. Każda z nich zastępuje uszkodzone komórki siatkówki, stymulując nerwy bezpośrednio połączone z mózgiem.

Prawdziwy eyeborg:

Taki zabieg nie gwarantuje pełnego odzyskania wzorku (jeszcze), a jedynie 60 punktów światła, która dają zarys tego, co widzi osoba zdrowa. Samo rozwiązanie jest niezwykle drogie - za zabieg trzeba zapłacić nawet 100 000 dol. W połączeniu z tańszymi materiałami i uproszczonymi procedurami, w przyszłości zabiegi wszczepienia sztucznych siatkówek mogą być równie rutynowe, co usunięcie wyrostka robaczkowego.

Równie istotne jak wyeliminowanie najpopularniejszych problemów zdrowotnych jest odpowiednio wczesne wykrycie choroby i zastosowanie właściwego leczenia. Innowacyjną metodę diagnozowania chorób zaproponowali na początku roku naukowcy z teksańskiego uniwersytetu w Austin. Ma ona więcej wspólnego z origami niż typowymi testami laboratoryjnymi.

Zasada działania metody diagnostycznej jest zbliżona do testu ciążowego. Materiał biologiczny musi znajdować się na papierze zawierającym odpowiedni odczynnik. Ten wchodzi w reakcję z badaną próbką, a wynik wyrażony jest kolorem, na który zabarwił się pasek. Metoda amerykańskich naukowców pozwala diagnozować niebezpieczne choroby, w tym HIV i malarię.

Odczynnik reagujący na określoną substancję jest nanoszony na papier przy użyciu zwykłej drukarki. Zadanie pacjenta polega na właściwym poskładaniu "diagnostycznej kartki", co spowoduje połączenie się wewnętrznych kanalików, przez które próbka badanego materiału dotrze do miejsc zawierających reagent. Jeżeli zajdzie reakcja, zabarwienie papieru ulegnie zmianie. Oznacza to wynik pozytywny lub negatywny.

Nowo zaprezentowana metoda diagnostyczna jest niezwykle tania i szybka jednocześnie. Odkrycie może okazać się zbawienne dla mieszkańców państw pogrążonych w ubóstwie, szczególnie afrykańskich.

Jak będzie wyglądała medycyna za 50 lat? Udoskonalone metody obrazowania pozwolą zajrzeć w każde, nawet najbardziej niedostępne miejsce ludzkiego ciała. Zminiaturyzowana aparatura umożliwi wykonywanie zabiegów chirurgicznych tylko w określonych rejonach ciała, a w najtrudniejszych przypadkach operacje będą przeprowadzali najlepsi na świecie specjaliści, nawet oddaleni o tysiące kilometrów od chorego. Gwałtowny rozwój telemedycyny i robotyki chirurgicznej to dopiero początek. A czy mamy jakiekolwiek szanse na nieśmiertelność? Pewnie nie, bo przy całym swym ludzkim dążeniu do doskonałości, niedoskonałość mamy we krwi.