5个惊人的技术将改变医疗保健的未来

即使是慢速移动，Rohit Bhargava的3D打印机也令人着迷。当打印头的尖端移动时，它会挤出细小的，有光泽的塑料管，看起来像塑料。喷嘴移开并抽出另一根管。然后突然之间他们联系了起来。通过其他管子连接起来，形成复杂的三维形状：心脏的解剖学上精确的微小复制品。

管子不是塑料的。它们由可溶材料异麦芽酮糖醇制成。尽管心脏令人印象深刻，但Bhargava的最终目标却微妙得多：人体中可能扎根的导管和血管。这些细密的花丝用人体细胞播种，然后装在胶原蛋白的摆动圆柱中，异麦芽糖溶解在其中。剩下的就是由活细胞构成的真实人体解剖模型：一个3D平台，可以研究疾病，就好像您位于体内一样。

作为伊利诺伊大学香槟分校创新癌症中心的负责人，巴尔加瓦一直在努力为医学问题注入更先进的工程解决方案。自由形式的3D打印机是这项工作的首批未来派成就之一。

但是Bhargava的项目只是我们所知道的一波可以改变医学和医疗保健技术的浪潮之一。使它们更快，更准确，并且希望价格更实惠。在未来十年中，微针贴片，手持式诊断机，更好的传感功能以及3D生物打印，只是进入您附近的医生办公室（甚至可能进入您家中）的一些技术。

巴尔加瓦说：“最根本的事情必须改变医疗保健。政策只是其中的一部分。” “看看手机和笔记本电脑，它们过去价格昂贵得多，但随着技术的进步而变得越来越便宜。如果我们将工程技术引入医疗保健，掌握基础知识并将其转化为可用的解决方案，我们就有机会降低成本并以类似的方式提高质量。”

3D打印机

在复杂的数学算法的驱动下，Bhargava的打印机能够打印出直径仅为10微米的细管（相当于人类头发的五分之一），与标准3D打印机的区别在于它一次不会沉积一层。它挤出的空心丝可以相互连接，从而形成高度复杂的框架，细胞可以在该框架上生长，体液可以通过该框架。

目标解剖结构（例如，乳腺导管或淋巴管）可以复制成数十或数百甚至数千个，从而可以高度，快速地重现实验。通过将肿瘤细胞引入每个样本，研究人员可以将一个人的癌症对各种治疗方法和身体环境的行为和反应归零。这种方法将使研究和了解健康组织和患病组织之间的差异变得更加容易。

这项3D打印技术与功能强大的，由机器学习驱动的红外显微镜一起使用，可以对个体疾病的独特化学环境进行成像（也是由Bhargava的研究小组开发的），正在帮助定制临床护理成为现实。

巴尔加瓦说：“不仅是细胞，而且还有血液，化学物质，分子环境，肿瘤-组织中存在的一切。” “这最终将使我们能够做的是通过考虑人的整个组织来真正个性化诊断。”

机器人解决方案

在明尼苏达大学，迈克尔·麦克阿尔派恩（Michael McAlpine）也专注于3D生物制剂，但有所作为。

“您必须用生物学代替生物学吗？通常不需要。” McAlpine说。“我们用钛代替膝关节软骨，或者用心脏起搏器代替心脏-因此，您是否需要用3D打印的肝脏代替与原肝脏相同的细胞制成的肝脏？也许您可以用聚合物制成的更好的肝脏打印出来。电子产品。”

他实验室的早期成功之一是仿生耳印，是一个玫瑰色的粉红色软骨壳，内嵌一圈银纳米颗粒。尽管当时由于粗crude和简单而被嘲笑，但是耳朵仍然能够检测超出人类听觉自然范围的无线电频率。它是用现成的打印机生产的。

McAlpine说：“这是一种具有简单电子元件的电池类型，工程界使用了'直接写入'和'增材制造'这样的词，因为他们认为'3D打印'不是一个好术语。” “但是它打破了壁垒。3D打印的仿生学现在无处不在。”

尽管我们还没有现成的具有超人能力的人工耳，但是由于McAlpine在生物打印方面的不懈努力，我们离我们也不远。而且他还没有停下来，他的团队最近生产了仿生眼（如图），还致力于生产仿生皮肤和再生脊髓。

McAlpine说：“没有人现在想出去购买3D打印机，因为它们只在您的办公桌上打印硬塑料小饰品。” “在一台打印机中扩展3D打印机使用具有完整电子和生物功能的软聚合物等材料的能力：这是革命性的进步。”

无痛注射

在达拉斯的德克萨斯大学，耶利米·加森史密斯（Jeremiah J. Gassensmith）的研究小组正在使用3D打印来改善广为人知的医疗经验：注射。

“皮下注射针头没有任何朋友，” UT-达拉斯的化学家，加森史密斯的合作者之一罗恩·斯马尔多内大笑。与研究生Danielle Berry和Michael Luzuriaga，Gassensmith（如下图）和Smaldone一起开发了3D打印的微针贴片-有点像维可牢尼龙搭扣的碎片，但其中装有药物或疫苗。

被约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）鉴定为避免或避免未来疾病流行的15种有前途的技术之一，微针贴片的确切含义是：细****针网格，无痛地刺穿皮肤的上层以提供药物或疫苗有效载荷。目前，微针阵列是通过塑料注模在昂贵的工厂洁净室中生产的，或者通过光刻在不锈钢模板上生产的。用可生物降解的塑料对此类阵列进行3D打印的能力可以大大降低微针贴片的价格，并使其有可能在任何地方使用电源生产。

加森史密斯（Gassensmith）的团队使用了现成的LulzBot打印机和PLA聚合物（一种可堆肥的，由乳酸制成的生物相容性塑料）来生产一小块钉子，然后将其浸泡在钾溶液中，该溶液将钉子的尖端蚀刻成微米级。大小的针。在猪皮中，有84％到92％的针头断裂，溶解并释放了测试染料，而传统设计的成功率大约为75％。

未来，加森史密斯（Gassensmith）小组将探索将蛋白质整合到聚合物基质中的方法，以使它们在高温打印过程中仍然能够生存。这是克服使廉价的一次性微针贴片成为可行技术的关键障碍。

加森史密斯说：“微阵列让您摆脱了训练有素的医疗专业人员进行注射的需求，因为您不会进入脉管系统或产生生物危害性废物。” “这还使医学****化。它打破了人们的惯例，即需要这些高端制造设施来生产疗法。”

医用微游泳器

哈坎·塞兰（Hakan Ceylan）的目标宏伟：他的目标就是消除手术需求。他打算如何做这样的事情？使用单元大小的游泳机器人或微游泳者。

德国斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所的研究科学家塞兰说：“外科手术具有很大的创伤性和创伤性。许多人死于手术后的感染。”

通过两光子聚合（激光）对微泳器进行3D打印，其双螺旋水凝胶形式注入了磁性纳米粒子。这些微泳者是半自动的，因为它们是在外部磁场的作用下通过“身体”（在实验室测试中为水）引导的，但是它们也被设计为对在人体内部遇到的某些环境或化学信号自动做出响应。身体。

Ceylan当前的原型在由乳腺癌细胞产生的MMP-2酶的作用下膨胀。这释放了机器人的磁性纳米粒子的有效载荷，该纳米粒子涂有抗体，将它们附着在癌细胞上。磁性微扫描仪能够在测试中标记40％的细胞，是传统细胞标记技术的四倍。

这种想法是，如果可以在整个身体中检测到流氓细胞并对其进行标记，那么它们也可以在细胞水平上被靶向破坏，从而无需使用手术刀或有毒化学疗法的外科医生。

考虑胶质母细胞瘤或侵入大脑的复杂分支肿瘤。因为切除它们的手术还必须切除一些脑组织，所以以后的病人很少是相同的。成活率低。

塞兰说：“如果外科医生可以用微泳器以干净整洁的方式清除这些肿瘤，那么就可以大大降低手术的侵入性。” “无需打开整个颅骨-只需在一个很小的位置进行注射即可。”

塞兰承认，这种微型游泳器的首次“现实使用”可能需要十年甚至更长的时间，因为操纵机器人，对它们在体内的位置进行成像以及触发标记物或药物的不同方法仍有许多问题需要解决。从水凝胶中释放出来。

到处都有更好的传感器

在他位于圣地亚哥的办公室中，埃里克·维尔（Erik Viirre）翻阅了办公桌上的几个试金石。表演中突出显示了虚构的手持式医疗设备“星际迷航”三合一原始设备的复制品。亚瑟·克拉克（Arthur C. Clarke）发现的1701年沉船事故中的银卢比。作者在斯里兰卡的家中与Viirre的快照。

Viirre在加利福尼亚大学圣地亚哥分校的日常工作中正在研究大脑，特别是某些人的大脑如何使他们患有偏头痛，耳鸣，眩晕和其他平衡障碍。他的研究涉及使用虚拟现实来帮助治疗其中一些状况。

但是他还是大学克拉克人类想象力中心的工作人员，这给卢比带来了额外的意义-与科幻小说大师的个人联系。这些艺术品使维耶尔（Viirre）意识到，尽管我们在医学和技术上取得了进步，但对未来的一些最有力的构想仍未实现。

Viirre说：“我们有这些灵感，我们仍然有很多问题，但是至少我们现在能够看到这些问题。” “我们开玩笑说Siri和Alexa弄错了，但他们做得很好。当然，我们变得愤世嫉俗，但这是享乐主义的适应。”换句话说，我们很乐意将技术整合到我们的生活中，但我们一直希望它能够做到更快更好。

因此，Viirre在将几种虚构的技术推广到现在的过程中发挥了作用：手持式感应（Viirre是Tricorder XPrize竞赛的医学和技术顾问）以及医学上的人工智能应用，尤其是聊天机器人和AI诊断。但是AI野兽需要数据，而未来的数据则来自更好，更智能的传感器。

声学分析项目Viirre参与了旨在筛查（也许最终诊断为）结核病以及其他严重呼吸道疾病的目标。工具？手机中更好的麦克风和电子设备可以调和TB感染的肺部特有的声音。即将在结核病流行的莫桑比克开展的一项试点计划将从结核病诊所收集数据，以改善筛查工具。

Viirre也渴望进行视频分析，尤其是对黑色素瘤的诊断。使之成为可能的是，更大，更好的数据云和更便宜的高光谱传感器能够在红外和紫外线以及可见光谱中生成高分辨率图像。英国公司Owlstone，2015年诺基亚感官X挑战赛的决赛入围者，最近发布了一种用于检测呼吸中挥发性有机化合物的系统，这种化学标志物可以指示从感染到代谢疾病甚至癌症等各种疾病的存在。

克拉克（Clarke）于1962年出版的《未来的概况》一书探讨了科学和技术的可能性，包括对全球电信的预测。Viirre建议，像Clarke一样，继续提问和突破极限是释放下一个拯救生命的创新浪潮的关键。

Viirre说：“我们现在可以收集的所有功能都是数据的细微差别，将有助于我们寻找疾病，而令我们兴奋的是，像这样的传感器将使像星际迷航三阶这样的事情成为现实。” “医学院毕业已有三十年了，这是我整个职业生涯中最激动人心的一年。”