Лазер‑хирург

Пожалуй, сегодня чаще всего лазер используется для операций на глазах. Всем известны успехи знаменитой клиники Святослава Федорова. Но восстановлением зрения, к счастью, его применение не ограничивается. Ежегодно более 150000 жителей России нуждаются в операциях по поводу ишемической болезни сердца, то есть недостаточного кровоснабжения ткани сердечной мышцы.

Такие люди рано или поздно становятся пациентами хирурга. Для того чтобы решить, что делать с больным, проводится тщательное диагностическое исследование – коронарография. По ее результатам врач делает выводы. Если поражен один сосуд, его можно расширить катетером, подобная операция называется ангиопластика. У других больных поражение множественное, тогда им предписывают операцию аортокоронарного шунтирования. Такую успешно сделали первому президенту России Б.Н. Ельцину. Однако иногда тонкие коронарные сосуды настолько забиты атеросклеротическими бляшками, что аортокоронарное шунтирование невыполнимо. Таких пациентов может спасти лишь трансмиокардиальная реваскуляризация – операция с помощью лазера. Ее суть состоит в создании новых сосудов в мышце сердца.

Эта уникальная операция разработана россиянами – директором Научного центра сердечно‑сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева, академиком РАМН Лео Бокерия и его коллегами.

«Известно, что у ряда видов пресмыкающихся коронарных сосудов вообще нет, – рассказывает Бокерия Борису Самойлову, корреспонденту журнала «Техника – молодежи». – Их сердечная мышечная ткань получает кислород непосредственно из полости миокарда. Идея наших ученых в том, чтобы пробить лазерным лучом через всю толщу сердца от 45 до 70 микроскопически узких сквозных отверстий в разных направлениях и получить сеть канальцев. Позже канальца в процессе нормальной физиологической эволюции начинают между собой сообщаться. В результате они создают новую кровеносную систему сердца. Только так можно помочь больному. Ведь старые сосуды восстановить уже нереально – они «намертво» закупорены бляшками, оттого кровь не поступает к некоторым участкам сердца. Через них‑то мы и пробиваем канальцы. Операция проходит без подключения системы искусственного кровообращения. Это ведет к снижению травматизма во время операций и сокращает их по времени».

«Лазер у нас особый и заслуживает хотя бы нескольких слов. Он функционирует на углекислом газе, но не в том его уникальность, установки с двуокисью углерода в качестве рабочего тела известны. Главное в другом: наш лазер обладает огромной мощностью, и его воздействие нетрудно синхронизировать с тем или иным этапом работы сердца – в данном случае с диастолой, периодом, когда оно «отдыхает» от очередного сокращения. Именно тогда лазерная установка наносит разряд длительностью 10‑20 мс и мощностью 800 Вт – в итоге образуются очень узкие канальцы с идеально ровными краями. Последнее обстоятельство крайне важно, чтобы вновь образованные сосуды сразу не забивались, чтобы в них не формировались дополнительные источники тромбообразования. Иного способа, более эффективного и безопасного, нынешняя медицинская практика предложить не в силах; теоретически‑то, конечно, можно придумать что угодно…»

Габариты лазерной установки для трансмиокардиальной реваскуляризации внушительны, потому что огромна его мощность. Мощность нужна затем, чтобы все сделать быстро и точно в удобный момент, и не зависеть от толщины мышечной ткани стенки сердца. Ее толщина у разных людей и на разных участках колеблется от 10 до 35 миллиметров.

Лазерная установка – совместный продукт Центра лазерных технологий, Научного центра сердечно‑сосудистой хирургии им А.Н. Бакулева и ФИАНа. Ее конструировали специально для лазерной хирургии сердца. С виду аппарат очень напоминает бормашину, только заметно крупнее. От установки отходит особым образом устроенный рукав, который подносят к участкам миокарда, лишенным кровоснабжения. Вся оптика здесь – сменная. В ходе операции она в любой момент может запачкаться кровью или физраствором.

Последовательность действий такова. Сначала хирург задает режим разряда. Потом наступает пауза. Ее длительность выбирается такой, чтобы лазер сработал в нужном временном интервале. Для контроля хода операции в пищевод пациента помещается небольшая «таблетка» на тонком проводе – эхокардиографический датчик. Он регистрирует результат проникновения лазерного луча внутрь сердечной мышцы.

«…Вообще‑то сама идея создания искусственных сосудов‑канальцев уж лет 40 носится в воздухе, – говорит Бокерия, – или, если угодно, бродит в умах ученых. Так что и раньше выполнялись исследования, подобные нашему, в том числе в СССР, но они носили скорее научно‑поисковый характер. Да и подобие тут довольно приблизительное – во‑первых, лазер, нами применяемый, оригинален по качественным параметрам и заметно превосходит существующие аналоги (в частности, американские) по количественным. Во‑вторых, в прежние времена возможности контроля были ограничены – а мы благодаря эхокардиографу сразу и в деталях видим, что делаем».

Лео Антонович с гордостью отмечает, что Россия, несмотря ни на что, располагает высочайшими лазерными технологиями, дающими возможность быстро оснастить новой установкой кардиоклиники.

Биочип

Биочип трудно заметить невооруженным глазом. Это едва заметный матовый квадратик на блестящей черной пластинке, размер которой не больше обычной почтовой марки. Но, похоже, этот кроха способен перевернуть всю медицину. Ведь биочип в состоянии заменить целую лабораторию с ученым штатом, сотнями приборов. Принцип действия такого чипа основан на молекулярной биологии.

О технологии производства рассказывает заместитель заведующего центром биочипов Института молекулярной биологии РАН Александр Заседателев:

«Сначала на пластинку наносится гель, на 99 процентов состоящий из воды. Через специальное «сито» его облучают ультрафиолетовыми лучами. Лучи полимеризуют гель, получаются ячейки размером 100x100x20 микрон. На биочипе их может быть от шестисот до нескольких тысяч.

Автомат под контролем компьютера наносит на ячейки различные растворы. В каждом содержатся молекулы‑зонды биологических объектов – фрагментов ДНК, бактерий, вирусов…»

Так получают биочип. Для анализа на него надо нанести каплю «подопытной» крови или плазмы. Затем к каждой их молекуле присоединяют «фонарик» флуоресцентного вещества. За процессом наблюдают в специальный микроскоп, созданный в санкт‑петербургском Государственном оптическом институте. Молекулы, завидев «родственников» на биочипе, соединяются с ними. В результате, где больше «фонариков», там и ячейка светится ярче. Так удается определить бактерии или дефектные гены. В принципе же можно распознать любое молекулярное вещество.

Подобный анализ ведется под микроскопом. При желании портрет биочипа можно увеличить, а затем и отпечатать на фотобумаге. Это простой и эффективный способ значительно убыстряет и удешевляет сложнейшие анализы. Затем чип можно высушить и хранить вечно.

Технология изготовления и использования биочипов отрабатывалась десять лет. Ее автору академику Андрею Мирзабекову удалось избрать самый эффективный путь. Конечно же, не случайно пять лет назад Национальная лаборатория Аргонн в США предложила ему возглавить центр биочипов. Академик дал согласие, поставив условие – сохранения центра в России и оказания ему финансовой помощи.

Что оставалось американцам. Они согласились на в общем‑то беспрецедентные для Америки условия. Наши ученые получили возможность работать и у себя в институте, и в Чикаго. Но, главное, все права на производство биочипов в России и странах СНГ остались за нами. Конечно, российские ученые гордятся своей работой. Ведь действительно есть чем.

«Биочип для обнаружения спор сибирской язвы срабатывает за полчаса, а традиционный метод занимает полсуток, что в экстренных случаях многовато, – говорит А. Заседателев. – Быстро можно провести анализ многих инфекций и генетических мутаций.

Последняя из работ – биочип для определения 9 штаммов бацилл, вызывающих 93 процента заболеваний лекарственно устойчивыми формами туберкулеза. Диагностикум создан вместе с Московским НПЦ борьбы с туберкулезом. Сегодня, пока не выявлен характер возбудителя, больных долгие месяцы лечат вслепую, часто совсем не тем, что необходимо. Биочип выявит вид бациллы за 2‑3 дня.

Доступны биочипу ранние стадии некоторых онкологических заболеваний, предрасположенность к болезням сердца и сосудов, вредные примеси в воде и в воздухе. Но все это пока в сослагательном наклонении. Если бы были средства на промышленное производство, если бы те, кому положено, оценили новейшую, дешевую и во многих случаях спасительную технологию…»

«Пока же ученые решают более актуальную проблему – отопительную, – пишет в «Известиях» Татьяна Батенева. – Высокие технологии можно создавать только теплыми руками, шутят молекулярные биологи, из холодных пробирок они вываливаются. Их амбиции не простираются дальше стремлений создать некий совет, который мог бы убедить начальников от науки в важности сделанного.

Тем временем консорциум фирм «Паккард» и «Моторола» готовится к промышленному производству биочипов, придуманных российскими учеными. Американские варианты оказались в сотню раз дороже».

«Пройдет еще 5‑10 лет, и мы сможем купить анализатор‑приставку к компьютеру и набор биочипов в аптеке. Узнаем о своем здоровье почти все, – говорит ведущий научный сотрудник ИМБ Виктор Барский. – Дешевыми анализаторами оснастят все поликлиники, травмопункты, отделения милиции – огромная экономия ресурсов…»

«Генное ружье»

«Генное ружье» – металлическая конструкция, сильно смахивающая на микроскоп. Этот прибор позволяет и животных, и человека «обстреливать» генами – частицами наследственной информации.

«Еще неизвестно, что оставит больший след в истории: автомат Калашникова или вот это ружье Колесникова, – говорит профессор Александр Зеленин, руководитель лаборатории Института молекулярной биологии РАН. – Наш сотрудник фактически в одиночку придумал и сделал то, над чем в США корпели целые коллективы.

Сначала эта идея использовалась для работы с трансгенными растениями. У растительных клеток очень толстые стенки, в них трудно ввести чужие гены привычными для биологов методами. Вот американцы и предложили применить энергию выстрела – это намного эффективнее и дешевле. Идей, как сделать такое ружье, было выдвинуто много, они публиковались и обсуждались. На какой конструкции остановились в реальности, до сих пор неизвестно – коммерческая тайна. Вскоре мы первыми в мире выяснили, что точно так же можно «обстреливать» клетки животных и людей».

«Кандидат биологических наук Виктор Колесников, – пишет в газете «Известия» Татьяна Батенева, – придумал конструкцию ружья, которая проще и остроумнее предложенных американцами. И вовремя. В последние три года в мире наблюдается настоящий бум работ с применением генного ружья, которое оказалось, в частности, просто незаменимым прибором для медицинских генетиков. У них сразу возник вопрос можно ли его использовать для генной терапии – одного из главных направлений медицины будущего. Оказалось, ружье можно применить для решения множества лечебных задач.

Белый кролик, недовольно дергая носом, сидит в специальном приспособлении, которое не дает ему двигаться. Его розовое ухо – под прицелом ружья. Негромкий щелчок – и в ухо влетает смесь из микроскопических частиц золота и вольфрама, на которые «подвешены» нужные гены. Своеобразной ракетой‑носителем для смеси служит тончайший пыж из тефлона, который энергией взрыва гремучей ртути разгоняется в ружье до 500 метров в секунду. Затем пыж резко тормозится, а пылинки золота и вольфрама вместе с генами продолжают полет, пробивая до десяти слоев клеток… Пройдет какое‑то время, и гены, встроившись в наследственный аппарат животного, запустят процесс выработки нужных белков».

«Метод можно использовать в разных целях, – убежден Зеленин. – Например, для лечения наследственных болезней, когда собственные гены больного не обеспечивают выработку нужных организму веществ. Для введения «лечебных» генов в раковые клетки или в раны, чтобы они быстрее заживали. Эта идея, кстати, очень заинтересовала американских военных. Наконец, метод будет незаменим для безопасной и высокоэффективной вакцинации».

Как известно, любая вакцина – это белок. Вакцина, попадая в организм, вызывает естественный иммунный ответ – образование защитных антител. Таким образом, организм получает прививку от потенциальных болезней. Однако белок очень трудно очистить от примесей. Поэтому нередки случаи, когда после прививок возникают аллергические реакции. Другое дело выстрел золотой пулей. В организм сразу вводится необходимый ген. Он быстро запускает процесс производства антител естественным путем.

А не опасен ли такой способ вакцинации? «Однажды в ходе эксперимента я случайно подставил под ружье руку, – рассказывает Виктор Колесников. – Ощущение легкого ожога или ссадины. Но следов на коже не осталось».

Изобретатель продолжает совершенствовать конструкцию своего прибора. По прикидкам Колесникова, в серийном производстве российское «генное ружье» должно стоить в десять раз меньше, чем американское. Последнее «тянет» на 30000 долларов.