Имплантируемые микромашины позволят адресно доставлять лекарства

В экономически благополучных странах население стремительно стареет. Так, средний возраст в Италии и ФРГ уже перевалил за 40 лет. Россия и многие государства центральной и восточной Европы также приближаются к этой отметке. По мере старения населения растут медицинские расходы, но ученые нашли способ их кардинально уменьшить за счет новой технологии.

Практически во всех странах Европы, равно как и в США растут государственные расходы в области здравоохранения и социальной помощи. Параллельно растут и расходы граждан на медицину. Фармацевтика, которая никто никогда бы и не назвал "золушкой экономики" в последние несколько десятилетий резко увеличила свои доходы — все просто, увеличение средней продолжительности жизни увеличило расходы на поддержание жизни, увеличило потребление лекарственных средств, а там где есть спрос — растет и предложение.

Медицина стала не просто выгодной сферой вложения капиталов — кому не хочется прожить подольше и желательно активно? — ее развитие в последние годы шло очень быстрыми темпами. Многочисленные исследовательские подразделения частных и государственных концернов, университеты и отдельные лаборатории совершенствовали методы лечения. Новые исследования и лекарства сумели поднять срок дожития — время, проживаемое после лечения — даже при онкологии на четвертой стадии. Но во многих сложных случаях лечение часто оказывается слишком дорогим, поскольку требует слишком большого расхода лекарственных препаратов. В случае химиотерапии это еще и очень токсично и в немалой степени подрывает здоровье самого больного.

Новый метод иммунотерапии, которая активно проходит апробацию во многих клиниках мира, показывает зачастую хорошие результаты, в целом ряде случаев они оказываются на порядок лучше традиционного лечения. Например, у одного из пациентов прием экспериментального лекарства "ниволумаба" привел к натуральному исчезновению пятикилограммовой опухоли, которую лечить традиционными методами химохиотерапии было уже опасно для больного. По заявлению его врача, стандартное лечение было более опасно для его здоровья, чем его отсутствие. И, конечно, многие больные и исследователи вцепились в эту возможность, как панацею, возможно, дающую последний шанс умирающим.

Однако и для традиционной химиотерапии, и для возможных будущих методов оставалась проблема адресной доставки препаратов по месту назначения. Теперь можно говорить о том, что она принципиально решена.

За последние несколько лет ученые, работая над этой проблемой, перепробовали много способов — начиная от молекул золотоорганических материалов, к которым крепились препараты, до специальных наноробов. Правда, были недостатки и у этих решений: либо средства доставки были дорогими, либо токсичными, либо слишком жесткими, либо могли вызвать отторжение организмом больного, и это ограничивало их применение.

Требовалось разработать биологически совместимый механизм, который был бы по возможности избавлен от вышеописанных ограничений. И вот ученые создали биологически совместимую микромашину, которая пригодна для имплантации под кожу пациенту. Работая как беспроводное медицинское устройство, машина способна адресно доставить то или иное лекарство до точки назначения.

Длина устройства составляет 15 мм, внешне оно напоминает желеобразный "женевский механизм", который используется в ручных часах c XVII века. Правда, в данном случае он пригоден для использования внутри тела, а не только снаружи.

Основная проблема с большинством современных медицинских имплантатов — у них нет свободно движущихся частей, они изготовлены или включают в себя материалы, которые могут быть токсичными для человеческого тела (например, батарейки), или же могут вызывать проблемы с отторжением их человеческими тканями. При этом, нельзя сказать, что все разработанные имплантаты были малопригодны для использования. Например, кардиостимуляторы успешно применяли десятилетиями, однако, при их изготовлении использовали металл или металлосодержащие материалы.

Зато разработанный на основе биологических материалов имплантат формально позволяет уйти от возможных проблем и осложнений. Для его движущихся частей исследователи выбрали гидрогель — материал, состоящий из полимерных цепочек и воды (до 90 процентов). Это делает материал мягким, гибким и, что самое важное, высокосовместимым с человеческими тканями. Иными словами, отторжения не должно быть, как уверяют разработчики.

Для создания "женевского механизма" из настолько мягкого материала использовалась технология создания механизма слой за слоем. Она позволила создать механизм за 30 минут. Как это обычно бывает, то, что со стороны представляется легким и быстрым, на самом деле заняло около восьми лет интенсивных исследовании и разработок. В результате была разработана технология создания микромашины из гидрогеля на базе полиэтиленгликоля. Разработчики назвали свое устройство "имплантируемой микроэлектромеханической системой", сокращенно — iMEMS.

Итак, как же устройство работает? Магнит, находящийся снаружи от устройства, вращает небольшой двигатель непосредственно на самом импланте. Каждый полный оборот небольшого двигателя приводит к повороту на 60 градусов большого, в результате один из шести резервуаров, в котором находится лекарство, поворачивается до пустого проема, через который опустошается. Это означает, что лекарство вбрасывается наружу, в тело. Конечно же, пока это устройство нельзя назвать роботом, зато оно может работать само по себе без необходимости иметь какой-либо контакт с внешней средой.

Пока устройство проходит в прямом смысле этого слова испытание на мышах, у которых развивается остеосаркома. Машина адресно доставляет им препарат для химиотерапии. Результаты, как показывает статистика клинических исследований, обнадеживающие: при снижении дозы необходимого препарата в 10 раз удалось в 56 процентов случаев добиться остановки роста опухоли или даже ее уменьшения. При обычной химиотерапии это происходит только в 39 процентах случаев, а при снижении дозы лекарства, как в случае использования iMEMS, — только в 19 процентах случаев. То есть лечение стало менее токсичным и потребовало меньше препаратов.

Подобного рода микромашины, если они пройдут все испытания, могут применяться не только при лечении от рака, но и при любых других заболеваниях, при которых требуется адресная доставка лекарства.

Дальнейшая разработка подобных машин приведет к дальнейшей роботизации и усложнению, ими станет возможным управлять. Однако пока это будущее, правда, к нему уже сделали первый шаг.