Medycyna 2.0

Szybsza i bardziej precyzyjna diagnostyka, algorytmy zdolne przewidywa膰 chorob臋 oraz drukarki produkuj膮ce cz臋艣ci zamienne dla ludzi. Zajrzyjmy w przysz艂o艣膰 medycyny.

Wykonany z tworzywa sztucznego i chirurgicznej stali robot, niczym gigantyczny paj膮k, l膮duje na klatce piersiowej u艣pionego pacjenta. Wyposa偶ony jest w d艂ugie ig艂y, no偶e, szczypce chirurgiczne, a tak偶e mn贸stwo sensor贸w i kamer臋, kt贸ra umo偶liwia chirurgowi kontrolowanie posuni臋膰 maszyny. Naprawa zastawki serca, usuni臋cie wadliwych tkanek 鈥 robot pos艂usznie czeka na polecenia, a nast臋pnie skrupulatnie i szybko je wykonuje. Po zako艅czeniu zabiegu b艂yskawicznie zabezpiecza ran臋, zaszywaj膮c ci臋cia z niezwyk艂膮 precyzj膮.

Interfejs cz艂owiek 鈥 maszyna

Powy偶szy akapit to opis jednego z film贸w promocyjnych producenta robot贸w medycznych. Obraz jest spektakularny i na sw贸j spos贸b troch臋 przera偶aj膮cy. Lepiej jednak zacznijmy si臋 przyzwyczaja膰. Tego typu roboty medyczne s膮 u偶ywane na 艣wiecie ju偶 od co najmniej 15 lat. R贸wnie偶 w Polsce dysponujemy tak zaawansowanymi urz膮dzeniami, cho膰 u nas s膮 one na razie nieliczne. Trend jest jednak oczywisty: automatyka na sali operacyjnej. Chirurg we wspomnianym filmie promocyjnym jest co prawda wci膮偶 obecny i mo偶e kontrolowa膰 prac臋 maszyny za pomoc膮 odpowiedniego zestawu manipulator贸w, lecz na sali operacyjnej znajduje si臋 tylko jedna 偶ywa istota: pacjent. Pr臋dzej czy p贸藕niej maszyny zast膮pi膮 ludzi w takich pomieszczeniach, a zakres ich autonomii podczas zabieg贸w chirurgicznych b臋dzie stale zwi臋kszany 鈥 w miar臋 udoskonalania algorytm贸w odpowiedzialnych za prac臋 robot贸w medycznych. Oczywi艣cie istniej膮 ju偶 prototypy, kt贸re mog膮 wykonywa膰 pewne operacje i zabiegi ca艂kowicie bez udzia艂u cz艂owieka 鈥 ten ostatni mo偶e sprawowa膰 nadz贸r, ale nie musi zdalnie sterowa膰 maszyn膮.

Zesp贸艂 chirurg贸w zdalnie operuje pacjenta, za pomoc膮 wyspecjalizowanego i niezwykle precyzyjnego robota chirurgicznego da Vinci Surgical System. Poni偶ej film prezentuj膮cy prac臋 robota.

Tego typu roboty wykorzystuj膮 czujniki dzia艂aj膮ce w pa艣mie widzialnym, jak r贸wnie偶 w rentgenowskim, USG i wiele innych sensor贸w, z kt贸rych dane umo偶liwiaj膮 ustalenie strategii operacyjnej w konkretnym przypadku na podstawie tr贸jwymiarowego modelu pacjenta. Niekt贸re grupy badawcze ju偶 pracuj膮 nad nanobotami, kt贸rych zadaniem b臋dzie p艂ywanie w krwiobiegu pacjenta i eliminowanie kom贸rek nowotworowych czy podejmowanie innych dzia艂a艅 wspieraj膮cych naturalny uk艂ad odporno艣ciowy cz艂owieka inne b臋d膮 s艂u偶y膰 do diagnostyki. Tak, jak to np pokazuje poni偶szy film.

Leki w indywidualnych terapiach celowanych ju偶 przynios艂y spektakularne rezultaty w niekt贸rych przypadkach, ale najwi臋ksze post臋py s膮 wci膮偶 przed nami. 200 lat temu rozpocz臋艂a si臋 rewolucja przemys艂owa, kt贸ra doprowadzi艂a nasz 艣wiat do obecnego stanu. Jest nas wi臋cej ni偶 kiedykolwiek, uda艂o nam si臋 te偶 znacznie wyd艂u偶y膰 艣redni czas 偶ycia, ale wci膮偶 trapi膮 nas rozmaite choroby. Pora na kolejn膮 rewolucj臋: medycyn臋 przysz艂o艣ci wykorzystuj膮c膮 zaawansowane osi膮gni臋cia informatyki i elektroniki. Zast膮pili艣my prac臋 ludzi maszynami, teraz czas, by maszyny ulepszy艂y nas samych i poszerzy艂y granice egzystencji ludzkiej biologii

Produkcja ludzkich cz臋艣ci zamiennych

Wsp贸lny rozw贸j zaawansowanych technologii sprz臋towych i przetwarzania danych oraz medycyny mo偶na rozpatrywa膰 w pi臋ciu r贸偶nych obszarach: algorytm贸w diagnozuj膮cych choroby i pomocnych w dzia艂aniach profilaktycznych, miniaturyzacji i mobilno艣ci laboratori贸w medycznych, automatyzacji us艂ug zdrowotnych, indywidualizacji pomocy medycznej oraz masowej produkcji cz臋艣ci zamiennych dla konkretnych pacjent贸w. Wszystkie te dzia艂ania nie by艂yby mo偶liwe, gdyby nie ludzkie osi膮gni臋cia w dziedzinie wydajnego przetwarzania danych oraz wszechobecnej, coraz szybszej 艂膮czno艣ci sieciowej. Na przyk艂ad diagnostyka medyczna nie wspi臋艂aby si臋 na nieosi膮galny dotychczas poziom, gdyby nie uprzednio wymy艣lona digitalizacja obrazu. Konsekwencje wsp贸lnego rozwoju dw贸ch, wydawa艂oby si臋 odleg艂ych, dziedzin, czyli medycyny i informatyki, s膮 bardzo znacz膮ce, a przede wszystkim praktyczne. Tak uwa偶a m.in. dr Bertalan Mesko, posiadaj膮cy doktorat z genomiki w臋gierski lekarz, genetyk i futurysta medyczny, a tak偶e publicysta i autor ksi膮偶ek traktuj膮cych o medycynie przysz艂o艣ci.

Unowocze艣nienie narz臋dzi diagnostycznych oraz poszerzenie ich funkcjonalno艣ci przy jednoczesnym uproszczeniu obs艂ugi i zwi臋kszeniu dost臋pno艣ci spowodowa艂o, 偶e coraz cz臋艣ciej mog膮 z nich korzysta膰 sami pacjenci, a nie tylko lekarze. Ci ostatni mog膮 z kolei dok艂adniej opracowywa膰 indywidualne strategie leczenia ka偶dego pacjenta. O jak膮 precyzj臋 chodzi? Niekiedy wr臋cz na poziomie DNA 鈥 najdok艂adniejszym z mo偶liwych w sensie biologicznym. Og贸lnie rzecz bior膮c, medycyna spersonalizowana, automatyka, robotyka czy produkcja cz臋艣ci zamiennych w laboratorium diametralnie zmieni膮 relacje pomi臋dzy pacjentem a lekarzem. Z drugiej strony olbrzymia ilo艣膰 danych diagnostycznych dotycz膮cych konkretnej spo艂eczno艣ci umo偶liwi prognozowanie zdrowotne o zasi臋gu obejmuj膮cym ca艂e populacje.

Trend 1: Algorytmy lecz膮 lepiej

Cia艂o ludzkie jest ekstremalnie z艂o偶on膮 struktur膮. Im wi臋cej o nim wiemy, tym trudniej czasami postawi膰 diagnoz臋. Komputerom zawdzi臋czamy, 偶e聽 udaje si臋 coraz cz臋艣ciej odnale藕膰 b艂臋dy w naszym „biologicznym systemie operacyjnym”. Kt贸偶 z nas spodziewa艂by si臋, 偶e zachodzi korelacja pomi臋dzy chaotycznymi zmianami na powierzchni sk贸ry czy niewinn膮 chrypk膮 a zbli偶aj膮cymi si臋 powa偶nymi problemami z sercem. Poniewa偶 uczenie maszynowe jest coraz szerzej stosowane w medycynie 鈥 dzi臋ki niemu i karmionym danymi maszynom mo偶emy szybciej zdiagnozowa膰 schorzenia i jakiekolwiek odst臋pstwa od norm w sytuacjach, kiedy cz艂owiek-diagnosta jeszcze nic by nie dostrzeg艂. Rewolucja informacyjna w medycynie, kt贸ra umo偶liwi masowe gromadzenie i przetwarzanie danych celem jak najwcze艣niejszego zdiagnozowania chor贸b u indywidualnych pacjent贸w, poniek膮d ju偶 trwa, co dzieje si臋 nie za spraw膮 jakich艣 niezwyk艂ych urz膮dze艅, lecz smartfon贸w. Eksperci pracuj膮 obecnie nad rozwojem kilku aplikacji, kt贸re korzystaj膮c z procedur rozpoznawania obrazu, b臋d膮 mog艂y wst臋pnie zdiagnozowa膰 w艂a艣ciciela telefonu.

Inteligentna diagnostyka obrazowa w po艂膮czeniu z danymi uzyskanymi w badaniach przesiewowych przeprowadzonych za pomoc膮 smartfon贸w pozwoli bardzo wcze艣nie wykry膰 zmiany nowotworowe.

Metoda analizy danych biologicznych, zdolnych do odczytania przez sensory wbudowane w smartfon, jest uniwersalna z racji popularno艣ci tych urz膮dze艅 mobilnych. Ka偶dy telefon mo偶e zrobi膰 zdj臋cie, np. zmian sk贸rnych, a wiele modeli pozwala na rejestracj臋 pulsu (nie tylko samych uderze艅 serca, ale te偶 charakterystyki brzmieniowej pulsu). Dzi臋ki gromadzeniu danych algorytmy por贸wnawcze szybko wychwyc膮 niepo偶膮dane odst臋pstwa od norm.

Tego typu podej艣cie jest ju偶 dzi艣 stosowane m.in. we wczesnej diagnostyce choroby Parkinsona czy niekt贸rych odmian schizofrenii, gdzie analizie poddawane s膮 kr贸tkie nagrania g艂osowe pacjent贸w. Zalet膮 danych okazuje si臋 te偶 to, 偶e nie musz膮 one by膰 zbierane na bie偶膮co 鈥 komputery mo偶na r贸wnie偶 鈥瀗akarmi膰鈥 danymi archiwalnymi, dzi臋ki czemu cz臋sto udaje si臋 znale藕膰 nieznane wcze艣niej nieregularno艣ci i powi膮zania. Analiza por贸wnawcza pozwala ponadto wykry膰 nieprawid艂owo wystawiane recepty czy przypadki symulowania chor贸b przez pacjent贸w. Przed tak膮 analiz膮 nic si臋 nie ukryje. Niemniej pojawiaj膮 si臋 te偶 w膮tpliwo艣ci: samodoskonal膮ce si臋 algorytmy przetwarzaj膮ce olbrzymie zbiory danych staj膮 si臋 niezrozumia艂e. Ju偶 dzi艣 istniej膮 programy, kt贸re nie s膮 napisane przez ludzi. A jak mo偶emy ufa膰 czemu艣, czego nie rozumiemy?

Trend 2: Boty chirurgiczne i nanomedycyna

Komputerowa pomoc bezpo艣rednia w medycynie i zabiegach chirurgicznych najcz臋艣ciej jest kojarzona z takimi zaawansowanymi rozwi膮zaniami technicznymi jak systemy chirurgiczne pokroju robota da Vinci, kt贸ry potrafi skutecznie wyeliminowa膰 ryzyko, 偶e ludzkiemu chirurgowi na kluczowym etapie zabiegu zadr偶y r臋ka. Wydajno艣膰 tego typu system贸w chirurgicznych stale ro艣nie, przy jednoczesnym doskonaleniu zapami臋tywanego przez maszyn臋 modelu pacjenta. Dzi臋ki nowym metodom rozpoznawania obrazu roboty chirurgiczne s膮 dzi艣 w stanie dzia艂a膰 cz臋艣ciowo, a niekiedy w pe艂ni autonomicznie, w zale偶no艣ci od typu zabiegu. Przyk艂adem mo偶e by膰 robot STAR (Smart Tissue Autonomous Robot), kt贸ry bije na g艂ow臋 jakiekolwiek chirurga, je偶eli chodzi o szycie tkanek mi臋kkich.

Urz膮dzenie jest wyposa偶one w sensor 3D oraz m.in. czujniki nacisku 鈥 swoj膮 prac臋 wykonuje nie tylko bardzo szybko, ale i z milimetrow膮 precyzj膮. W dalszej przysz艂o艣ci mo偶emy spodziewa膰 si臋 nanobot贸w medycznych: wysoko wyspecjalizowanych automat贸w kom贸rkowych, kt贸rych r贸j kr膮偶膮cy w krwiobiegu pacjenta dzia艂a艂by niczym b艂yskawiczna ekipa remontowa dokonuj膮ca niezb臋dnych prac konserwacyjnych w uk艂adzie mi臋艣niowo-szkieletowym albo likwiduj膮ca wykryte kom贸rki z uszkodzonym DNA (zal膮偶ki nowotwor贸w). Zalet膮 nanomedycyny jest mo偶liwo艣膰 wykorzystania istniej膮cych mechanizm贸w w organizmie pacjenta, nanoboty do transportu wykorzystuj膮 bowiem ruch p艂yn贸w ustrojowych, a ich 艣rodowiskiem jest uk艂ad naczyniowy pacjenta.

Trend 3: Z poczekalni do salonu

Jedna z podstawowych zmian w medycynie, kt贸r膮 zaczynamy odczuwa膰 ju偶 dzi艣, polega na tym, 偶e bogactwo danych przyczynia si臋 do zwi臋kszenia poziomu wiedzy samych pacjent贸w (ten s艂ynny dr Google), umo偶liwiaj膮c jednocze艣nie opracowanie nowych narz臋dzi diagnostycznych. Czuj膮c si臋 藕le mo偶emy przeprowadzi膰 sami wst臋pn膮 diagnoz臋, bez udzia艂u personelu medycznego. Mo偶emy sobie przecie偶 wyobrazi膰 sytuacj臋, gdy inteligentny asystent medyczny wbudowany w smartfon informuje swojego w艂a艣ciciela: 鈥瀠daj si臋 do najbli偶szej plac贸wki medycznej, twoje serce nie pracuje normalnie!鈥. Cho膰 to jeszcze pie艣艅 przysz艂o艣ci, zal膮偶ki takich rozwi膮za艅 mo偶emy obserwowa膰 ju偶 dzi艣. Na razie powstaj膮 g艂贸wnie, powiedzmy 偶e diagnostyczne aplikacje, takie jak app Diagnoza i leczenie, gdzie odpowiadaj膮c na rozliczne pytania mo偶emy ewentualnie spr贸bowa膰 si臋 zdiagnozowa膰. Niewykluczone, 偶e w przysz艂o艣ci b臋dziemy mieli np. sprz臋ty domowego u偶ytku wyposa偶one w czujniki chemiczno-biologiczne, pozwalaj膮ce automatycznie dokonywa膰 skomplikowanych pomiar贸w bez naszej wiedzy i dzi臋ki temu rozpoznawa膰 wczesne symptomy gro藕nych schorze艅 (np. poprzez analiz臋 potu, krwi, 艣liny i innych wydzielin ludzkiego organizmu). Nanotechnologiczny r贸j robot贸w diagnostycznych po艂kni臋ty razem z聽obiadem dokona kompleksowej analizy uk艂adu trawiennego, informuj膮c o wynikach w艂a艣ciciela i ewentualnie odpowiednich specjalist贸w, np. gastroenterologa, w razie wykrycia jakichkolwiek nieprawid艂owo艣ci. Zobaczcie, jak dzia艂a taki robot opracowany przez MIT.

Automatyka pozwoli r贸wnie偶 na szersze korzystanie z wiedzy wybitnych specjalist贸w w w膮skich dziedzinach 鈥 za po艣rednictwem chirurgicznych bot贸w b臋d膮 mogli oni przeprowadza膰 lub nadzorowa膰 operacje na pacjentach z drugiego ko艅ca 艣wiata. Bogactwo danych przyczyni si臋 do jeszcze jednej bardzo istotnej zmiany: przesunie punkt ci臋偶ko艣ci w dziedzinie medycyny z leczenia na zapobieganie. Nie mo偶na jednak zapomnie膰, 偶e wymaga to zupe艂nie nowych regulacji w zakresie ochrony danych i wi膮偶e si臋 z zagro偶eniami prywatno艣ci.

Trend 4: Cz臋艣ci zamienne z drukarki 3D

Ju偶 dzi艣 mo偶liwe jest wytwarzanie za pomoc膮 drukarek 3D protez z tworzyw sztucznych, jednak w bliskiej perspektywie rysuj膮 si臋 znacznie wi臋ksze mo偶liwo艣ci ni偶 tylko wytwarzanie skomplikowanych modeli ze z艂o偶onych wzorc贸w.

Wszystko dzi臋ki opracowywanym specjalnym materia艂om, kt贸re b臋d膮 mog艂y przenosi膰 impulsy generowane w uk艂adzie nerwowym, a to z kolei umo偶liwi, np. protezie, przewodnictwo impuls贸w mi臋艣niowych.

Odpowiednie organiczne materia艂y pozwol膮 na wytwarzanie zapasowych narz膮d贸w w drukarce 3D, mog膮 one by膰 trwalsze od orygina艂u.

Drukowanie 3D to nie tylko protetyka, ale r贸wnie偶 mo偶liwo艣膰 wytwarzania tkanek biologicznie zgodnych z konkretnym pacjentem. Kilka zespo艂贸w badawczych zaprezentowa艂o ju偶 metody produkcji tkanek w pe艂ni zgodnych z ludzk膮 sk贸r膮, a w przypadku niekt贸rych drukarek pr贸bowano r贸wnie偶 bezpo艣redniego nanoszenia (鈥瀌rukowania鈥) materia艂u biologicznego na ran臋, wcze艣niej dok艂adnie zmierzon膮 za pomoc膮 sensor贸w laserowych. Co wa偶ne, sztuczna sk贸ra jest struktur膮 wielowarstwow膮, tak jak prawdziwa sk贸ra. Drukarka 3D teoretycznie umo偶liwia wytworzenie dowolnej tr贸jwymiarowej struktury. Dzi臋ki opracowaniu metod wytwarzania biologicznych materia艂贸w w przysz艂o艣ci b臋dziemy mogli uzyskiwa膰 z takich drukarek ca艂e narz膮dy, w pe艂ni biologicznie zgodne z oczekuj膮cym na nie pacjentem.

Trend 5: Indywidualne uzdrawianie

Cztery opisane dot膮d trendy spotykaj膮 si臋 w pi膮tym super trendzie medycyny przysz艂o艣ci 鈥 mowa o medycynie 艣ci艣le spersonalizowanej. Zamiast diagnostyki i terapii uniwersalnych, obliczonych na pomoc jak najwi臋kszej liczbie pacjent贸w z u偶yciem tej samej metody, poszczeg贸lne zabiegi, leki czy sposoby terapii b臋d膮 projektowane (i produkowane) dla poszczeg贸lnych pacjent贸w 鈥 a dok艂adniej dla konkretnego genomu i konkretnej biochemii kom贸rkowej. Zal膮偶ki takiego trendu obserwujemy ju偶 dzi艣 w przypadku leczenia niekt贸rych schorze艅, nawet tak powa偶nych jak nowotw贸r p艂uc. Lekarze okre艣laj膮 za pomoc膮 odpowiednich bada艅, jakiego typu mutacje wyst臋puj膮 w kom贸rkach nowotworowych, a nast臋pnie w zale偶no艣ci od wynik贸w dobieraj膮 spersonalizowany schemat dawkowania odpowiednich preparat贸w, kt贸re maj膮 zniszczy膰 konkretny typ nowotworu u danego pacjenta z mo偶liwie jak najmniejszymi skutkami ubocznymi. Nie da si臋 ukry膰, 偶e spersonalizowana medycyna jest jeszcze w powijakach. Jednak im wi臋cej danych na temat ludzkiego genomu, 艣cie偶ek molekularnych ludzkiej biologii oraz genomu patogen贸w uzyskujemy, tym wi臋ksza szansa, 偶e z czasem coraz skuteczniej b臋dziemy likwidowa膰 potencjalne zagro偶enia, znajduj膮c gro藕ne korelacje i uprzedzaj膮c atak choroby, zanim jeszcze wyst膮pi jej pierwszy objaw.

Przysz艂o艣膰 dla wszystkich

Mimo zacierania si臋 granic pomi臋dzy biologi膮 a technik膮 musimy pami臋ta膰, 偶e nawet najbardziej spektakularny sukces w leczeniu chorych pacjent贸w jest w gruncie rzeczy swego rodzaju pora偶k膮, poniewa偶 naszym nadrz臋dnym celem winno by膰 nie tyle leczenie, co zapobieganie. Nawet najbardziej innowacyjna metoda terapii nowotwor贸w nie uchroni pacjent贸w przed b贸lem i cierpieniem, kt贸rego doznali, zanim przyst膮pili do leczenia. Dlatego przysz艂o艣膰 medycyny to nowy standard: proaktywna ochrona organizmu nie tylko powinna mie膰 charakter zaawansowanej profilaktyki, ale 鈥 co znacznie wa偶niejsze 鈥 by膰 jak najszerzej dost臋pna. Medycyna przysz艂o艣ci to medycyna egalitarna. Im wi臋cej danych medycznych o nas samych udost臋pnimy maszynom i coraz bardziej wyrafinowanym algorytmom diagnostycznym, tym trafniejsz膮 diagnostyk臋 otrzymamy. Miejmy nadziej臋, 偶e w艂a艣nie dzi臋ki technologii zaawansowanego, g艂臋bokiego uczenia maszynowego (tym skuteczniejszej, im wi臋kszy zbi贸r danych jej udost臋pnimy) pomoc otrzyma ka偶dy, kto jej potrzebuje, a nie tylko ci, kt贸rych na to sta膰. | CHIP