Патчи микроиглы, портативное диагностическое оборудование, лучшие возможности зондирования и 3D-Биопринтинг лишь некоторые из технологий, которые появятся в кабинет врача рядом с вами—или, может быть, даже в свой дом—в следующем десятилетии.
Даже когда он движется на медленной скорости, 3D-принтер Рохит Бхаргава в действие завораживает. Как заостренный кончик головка принтера движется, она выдавливает тонкие, блестящие трубы, что выглядит как пластик. Сопло отходит и вытаскивает другую трубу. Потом вдруг они связаны; присоединились и другие трубы, чтобы стать сложной трехмерной формы: крошечный, анатомически точная копия сердца.
Трубы не пластиковые, они изготовлены из изомальта, растворимый материал. И хотя сердце впечатляет, конечной цели Бхаргава гораздо более тонкие протоки и сосуды в человеческом теле, где Рак может прижиться. Эти нежные филигрань засевают клетками из человеческих тел, затем заключен в шаткий цилиндров коллагена, где изомальт растворяется. То, что остается, — это модели реального человека Анатомия сделаны из живых клеток: 3D-платформа для изучения болезни, как будто вы находитесь в самом организме.
(3D-печать сердца эшафот)
Как руководитель инновационного онкологического центра Университета Иллинойса в Урбане-Шампэйн, о Бхаргава был корпеть на закачку более передовые инженерные решения в медицинские проблемы. Свободный 3D принтер является одним из первых футуристических достижений этих усилий.
Но проект Бхаргава является одной волны технологий, которые должны трансформировать медицины и здравоохранения, как мы его знаем; чтобы сделать их быстрее, точнее, и, надеюсь, значительно более доступным. Патчи микроиглы, портативное диагностическое оборудование и лучшие возможности зондирования, а также 3D-Биопринтинг, лишь некоторые из технологий, которые появятся в кабинет врача рядом с вами—или даже в свой дом—в следующем десятилетии.
«Произошли фундаментальные изменения в здравоохранении. Политика-это только часть», — сказал Бхаргава. «Посмотри на телефоны и ноутбуки, которые раньше были гораздо дороже, но обходится дешевле, так как технология стала лучше. Если мы принесем инженерии в медицину, принимая базовые знания и преобразования его в полезную решения, у нас есть шанс сократить расходы и повысить качество подобным образом».
3D-печать тело
Управляется сложных математических алгоритмов и печати пробки такие же маленькие, как 10 мкм в поперечнике—пятая часть размер человеческого волоса—Бхаргава принтер отличается от стандартных 3D-принтеров в том, что это не депозит один слой за один раз. Полые нити его прессует все это может быть взаимосвязано, создавая весьма сложные механизмы, по которым клетки могут расти и через которые жидкости может пройти.
Цель анатомии—мол, грудного протока или лимфатических сосудов, могут быть воспроизведены в десятки, сотни или даже тысячи, делая эксперименты сильно и быстро воспроизводимыми. Путем введения опухолевых клеток в каждом образце, исследователи могут сосредоточиться на поведении и реакции рака отдельного человека в различных условиях и средах организма. Такой подход позволит сделать его проще для изучения и понимания различия между здоровой и пораженной ткани.
Это технологии 3D-печати, наряду с высокой мощностью, машинного обучения-управляемый инфракрасный микроскопы, которые могут изображения уникального химического окружения человека болезни (а также разработан Бхаргава исследовательской группы), помогают индивидуальные медицинской помощи стала реальностью.
«Это не только клетки, но кровь, химии, молекулярной среде, опухоли—все присутствует в ткани,» Бхаргава сказал. «Что это в конечном итоге позволит нам сделать это, чтобы действительно персонализировать диагнозов, учитывая совокупность человека ткани».
Cyborgian Решения
В Университете Миннесоты, Майкл Макальпин был ориентирован на 3D биопрепаратов, но с ударом.
«Вы должны заменить биологии с биологии? Как правило, вы не», — сказал Макалпин. «Мы заменяем коленного сустава хряща с титаном или сердце с кардиостимулятором—так что вам нужно, чтобы заменить печень с 3D-напечатанная печень-это те же клетки, как и оригинал печени? Может быть, вы можете напечатать печень на основе полимеров с электроникой».
Одним из первых успехов его лаборатории был напечатанный бионический уха, светло-розовый оболочки хрящей со встроенной катушкой наночастиц серебра. Хотя он был высмеян в свое время за то, что грубо и упрощенно, ухо, тем не менее способен обнаружить радиочастот вне естественного диапазона человеческого слуха. И это было изготовлено с готового принтера.
«Это был один тип клетки с простой электроники и инженерного сообщества использует слова как ‘прямой записи и аддитивного производства, потому что они чувствовали ‘3D-печать’ не хорошую перспективу», — сказал Макалпин. «Но это сломало барьер. 3D-печатные бионики сейчас везде».
Что компания работает над тем, чтобы в игре для 3D-принтеров: одна машина способна обрабатывать различные типы материалов, способные сложить биопрепаратов наряду электроники в быстрой и гладкой.
Хотя мы еще не в той точке, где протез уши со сверхспособностями вполне доступны, мы также не слишком далеко, благодаря постоянной работе компании «Макэлпайн» в подложке. И он не остановился на уши—его недавно группа выпустила бионический глаз (на фото), а также работаем над созданием бионической кожи и регенерации спинного мозга.
«Никто не хочет пойти и купить 3D-принтеры сейчас, потому что они только печати жесткий пластмассовый вещиц для вашего стола,» компания сказала. «Расширяя возможности 3D-принтеров для использования материалов, как мягких полимеров, с полным электронные и биологические функции, многофункциональное устройство: это трансформационный прорыв».
Безболезненные Инъекции
(Патч микроиглы)
В Университете штата Техас в Далласе, исследовательская группа Иеремия Дж. Gassensmith использует 3D-печать для повышения широко поносили медицинский стаж: уколы.
«Иглы для подкожных инъекций не было друзей», — засмеялся Рон Smaldone, химик Юта-Даллас и один из сотрудников Gassensmith по. Вместе с аспирантами Даниэль Берри и Майкл Luzuriaga, Gassensmith (на фото ниже) и Smaldone разработали 3D-печатные патч—микроиглы немного как лом липучке, но загружается с лекарствами или вакцинами.
Выявленные Университета Джонса Хопкинса как один из 15 перспективных технологий для предотвращения или избежания будущих пандемий заболевания, микроиглы патчи именно то, что они звучат как: сетка микроскопических игл, которые безболезненно прокалывают верхний слой кожи, чтобы доставить препарат или полезных вакцин. В настоящее время, микроиглы массивов производятся в дорогих заводских чистые номера через пластичные прессформы впрыски или по шаблонам из нержавеющей стали с помощью литографии. Возможность 3D печати, такие массивы в биоразлагаемого пластика может резко снизить цену на микроиглы патчи, а также дают возможность производить их в любом месте с питания.
Gassensmith команды использовали готовые LulzBot принтеров и PLA полимера—это биоразлагаемый, биосовместимый пластик изготовлен из молочной кислоты—чтобы произвести небольшую сетку колышки, которые потом купались в калия решение, что вытравил кончики колышков в микронных размеров иглы. В свиной шкуре, между 84 и 92 процента иглы обломился, растворились, и поставила испытание краски, по сравнению с примерно 75% успеха для обычных конструкций.
В будущем, группа Gassensmith будет изучать пути интеграции белков в матрице полимера таким образом, что позволит им пережить высокой температуры процесса печати. Это основное препятствие в создании дешевые, одноразовые микроиглы патчи жизнеспособной технологии.
«Микрочипов позволяют обойти потребность в квалифицированных медицинских специалистов для инъекций, так как вы не получаете в сосудистую сеть или создание опасных отходов», — сказал Gassensmith. «Это также демократизирует медицины. Это писаки конвенции, что вам нужны эти высококачественные производственные мощности для изготовления терапия».
Медицинский Microswimmers
(Хакан Джейлан, научный сотрудник Института Макса Планка по интеллектуальным системам)
Хакан Джейлан имеет амбициозные цели: он стремится лишь к тому, чтобы искоренить необходимость проведения операции. И как он предлагаю сделать такую вещь? С размер ячейки плавающие роботы, или microswimmers.
«Хирургия является очень инвазивным и травматичным. Многие люди умирают из-за послеоперационной инфекции», — сказал Джейлан, научный сотрудник Института Макса Планка по интеллектуальным системам в Штутгарте, Германия.
В microswimmers являются 3D-печати с помощью двух-фотонной полимеризации (лазеры), их двуспиральная гидрогель форм вливая с магнитными наночастицами. Эти microswimmers являются полуавтономными, поскольку они руководствуются через «тело» (вода, в лабораторные тесты) с помощью внешнего магнитного потока, но они также разработаны, чтобы автоматически реагировать на определенные среды или химических сигналов, с которыми они сталкиваются в то время как внутри тела.
Текущие прототипы Джейлан набухают в присутствии фермента ММП-2, которая производится клетками рака молочной железы. Это выпускает робота грузоподъемность магнитных наночастиц, покрытых антителами, которые прикрепляются к раковым клеткам. Магнитные microswimmer смог пометить 40% клеток в тестах—четыре раза лучше, чем обычные клетки-тегов технологии.
Считается, что если больные клетки могут быть обнаружены и помечены по всему телу, они также могут быть направлены на разрушение на клеточном уровне, тем самым устраняя необходимость для хирурга со скальпелем или токсичной химиотерапии.
Рассмотрим глиобластомы, или сложные, ветвистые опухоли, которые вторгаются в мозг. Поскольку операции, чтобы удалить их, также обязательно удалите некоторое количество ткани головного мозга, больные редко после. Выживаемость низкая.
«Если хирурги смогли удалить эти опухоли в опрятной и чистой дороге с microswimmers, потом ты резко снизить травматичность операции», — сказал Джейлан. «Там нет необходимости, чтобы открыть весь череп—просто укол в небольшом месте.»
Джейлан признает, что это может быть десять или больше за первый, «реалистический применения» такого microswimmers, поскольку есть еще много проблем решить с рулевым механизмом с ботами, визуализации, где они находятся в теле, а также различные способы запуска маркер или препарат выпускает из гидрогеля.
Лучше Датчики Везде
(Эрик Viirre, адъюнкт-профессор неврологии в Калифорнийском университете в Сан-Диего)
В своем офисе в Сан-Диего, Эрик Viirre идет за несколько отметок о его регистрации. Копией оригинального Стар Трека трикодер, вымышленный портативный медицинский прибор, размещенный на шоу. Серебряная рупия от 1701 кораблекрушения, обнаружен не кто иной, как Артур Кларк. Снимок Viirre с автором в его доме в Шри-Ланке.
Работа Viirre в Университете Калифорнии в Сан-Диего, изучая мозг, особенно как мозги некоторых людей, вызвать у них мигрень, шум в ушах, головокружения, и других нарушений равновесия. Его исследования связаны с использованием виртуальной реальности, чтобы помочь лечить некоторые из этих условий.
Но он еще и сотрудник Центра Университета Кларка для человеческого воображения, который дает рупия дополнительной значимости—личные связи в научно-фантастический мастер. Эти произведения искусства напоминают Viirre, что несмотря на медицинский и технологический прогресс, который мы сделали, некоторые из самых мощных видений будущего еще не выполнены.
«У нас есть эти источники вдохновения, и мы все еще есть много проблем, но по крайней мере мы можем видеть сейчас проблемы», — сказал Viirre. «Мы шутим о Siri и Alexa неправильно, но они делают чертовски хорошую работу. Конечно, мы вам циничными, но это гедонической адаптации»—иными словами, мы с радостью интеграции технологий в нашу жизнь, но мы всегда хотим, чтобы это было лучше и быстрее.
Следовательно, роль Viirre в пасти несколько раз-вымышленный технологий в настоящее время: ручной зондирования (Viirre был медицинский и технический советник для трикодера конкурсе XPrize), а также приложений искусственного интеллекта в медицине, в частности чат-ботов и AI диагноз. Но зверь ИИ требует данные, и данные будущего идет от лучше, умнее датчиков.
Акустический анализ Viirre проекта занимается направлен на экран—и, возможно, в конечном итоге ставят диагноз—туберкулез, а также других серьезных заболеваний дыхательных путей. Инструмент? Лучше микрофоны и электроника в мобильные телефоны, которые можно настроить на характерные звуки туберкулезом легких. Предстоящего пилотной программы в Мозамбике, где туберкулез является эндемичным, будет собирать данные из противотуберкулезных диспансеров по совершенствованию механизма отбора.
Viirre тоже всегда идут на обещание видеоанализа, в частности для диагностики меланомы. Делая это возможно несколько больше, лучше облака данные и дешевле гиперспектральные сенсоры способны принимать высокие-Res изображения в инфракрасном и ультрафиолетовом, а также видимой части спектра. И Великобритании компании Owlstone, финалист 2015 в Nokia XChallenge зондирования, недавно выпустила систему для обнаружения летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе—химических маркеров, которые могут указывать на наличие различных заболеваний, от инфекций до метаболических заболеваний и даже рака.
Кларка 1962 книге профили будущего зондировал возможности науки и техники, включая прогнозирование глобальных телекоммуникаций. Viirre предположил, что, продолжая задавать вопросы и толкать пределы, как Кларк сделал, — это ключ к разгадке следующей пульсации спасительных нововведения.
«Все функции, которые мы можем собрать сейчас нюансы в данных, которые помогут нам выследить заболевания, и мы очень рады, что датчики, как они будут делать такие вещи, как «Стар Трек «трикодер», — сказал Viirre. «Тридцать лет из Медицинской школы, и это был самый интересный год в медицинском лечении за всю мою карьеру».
Эта история впервые появилась в версии журнала PCMag цифровое издание: куратор, ad-бесплатная, портативная публикации.
