Технодайджест: подборка за сентябрь

О последних достижениях в медицине

Medtech

Высокие технологии, такие как машинное обучение, могут в буквальном смысле изменить нашу жизнь. Их применение в медицине помогает ученым в исследовании происходящих внутри нашего организма процессов и создании лекарств от рака, ВИЧ и других смертельных болезней.

Сегодня мы предлагаем нашим читателям спецвыпуск Технодайджеста, посвященный последним трендам в медицине, о которых важно знать.

Как пользоваться Технодайджестом:

  • Если мало времени. Ниже содержание с названиями всех новостей из текущего выпуска. На заинтересовавшую можно кликнуть, прочитать и снова вернуться к содержанию.
  • Если доверяете нашему выбору:) Скройте или пролистайте содержание ниже и наслаждайтесь всем выпуском.

Читать предыдущий | следующий Технодайджест

Оглавление:

Большие данные приходят в генетику

По прогнозу CBInsights, стартапы, исследующие геном человека, привлекут $3 млрд от венчурных фондов в 2017 году. Это связано в основном со снижением стоимости секвенирования генома (см. рис ниже).

DNA sequencing cost

Впервые геном человека, полный исходный код человеческого тела, удалось расшифровать в начале 1990-х. С тех пор секвенирование одного генома снизилось с $3 млрд до менее $1 тыс сегодня. Произошло удешевление за счет усовершенствования оборудования.

Сегодня перед учеными стоит более амбициозная цель - расшифровать геномы 100 тыс. британцев, образцы ДНК которых были собраны Национальной службой здравоохранения. Цель проекта - выявить рак и редкие заболевания.

Поэтому все внимание приковано к IT-компаниям, специализирующимися на работе с большими данными.

Джон Чишолм, председатель совета директоров Genomics England:

“Это похоже на индустрию микроэлектроники: секвенирование ДНК становится дешевле, поэтому новые компании в этой отрасли будут заниматься управлением большими данными. Как только мы поймем геном, он полностью изменит жизненный опыт человечества.”

Джейм Уайз, партнер венчурного фонда Balderton:

“В последнее десятилетие проблема постановки диагноза на основе геномных данных перешла от химической и аппаратной проблемы к проблеме анализа данных.”

Хельми Элтухи, исполнительный директор Guardant Health:

“Мы не знаем, как выглядит тот или иной тип рака на столь ранних стадиях. Это не одна болезнь, это 10 тыс. различных заболеваний. Неудивительно, что раннее обнаружение не было эффективным до настоящего времени, потому что мы не знаем, что ищем.”

к оглавлению ↑

Нейросеть предсказывает развитие Альцгеймера за 9 лет до появления симптомов

Итальянские ученые Никола Аморосо и Мирианна ла Рокка разработали алгоритм машинного обучения, отслеживающий в мозге человека структурные изменения, характерные для болезни Альцгеймера и появляющиеся задолго до других симптомов.

Болезнь Альцгеймера — нейродегенеративное заболевание, затрагивающее в том числе память и когнитивные функции. В настоящий момент не существует однозначно эффективного лекарства, но есть ряд экспериментальных методов, для которых критична ранняя диагностика заболевания. Кроме того, на ранних стадиях развитие болезни можно замедлить даже простым изменением образа жизни.

Обученная нейросеть способна отличать мозг больного от мозга здорового человека по снимкам МРТ. Тестирование проходило на контрольной группе, куда входили снимки больных Альцгеймером и больных легкими когнитивными расстройствами, у которых впоследствии развился Альцгеймер в течение 2,5-9 лет. Первых алгоритм отличает от здоровых людей в 86% случаев, вторых - в 84% случаев.

Таким образом, диагнозы робота имеют предсказательную силу и способны предугадать развитие Альцгеймера почти за 10 лет до появления клинических симптомов.

#интересное Робот “Людвиг”, разработанный ученым Фрэнком Рудзичем, способен по голосу пациента диагностировать Альцгеймер всего за 45 секунд с точностью 82%.

к оглавлению ↑

Наноботы уничтожают раковые клетки за минуты

Ученые Жан-Пьер Соваж, Джеймс Фрейзер Стоддарт и Бернард Феринга в прошлом году получили Нобелевскую премию по химии за создание наномашин, невидимых для человеческого глаза и состоящих из молекул. Микроскопические машины могут быть использованы для лечения различных заболеваний и точечной доставки лекарств в различные участки организма.

Например, наноботов можно использовать для борьбы с раковыми клетками. Путешествуя внутри человеческого тела, они способны нацеливаться на раковые клетки - для этого они активируются светом. При активации машины начинают вращаться со скоростью до 3 млн оборотов в секунду, что дает им необходимую для уничтожения клетки мощность. При этом, роботы способны найти нужную клетку и без света, но в таком случае они не смогут проникнуть в нее.

На данный момент эксперименты проводились лишь на микроорганизмах и рыбе.

#интересное Ученые Национального исследовательского технологического университета “МИСиС” разработали наноконтейнеры для доставки лекарств в раковые клетки.

к оглавлению ↑

Робот-стоматолог провел первую самостоятельную операцию

Китайский робот-стоматолог вставил пациенту два искусственных зуба, напечатанных на 3D-принтере.

Робот прошел предварительную калибровку медиками, которые задали направление и угол его движений для того, чтобы зубы встали максимально точно. В результате, робот установил импланты с погрешностью 0,2-0,3 миллиметра, что соответствует нормам.

#интересное ежегодно в Китае устанавливается около миллиона имплантов. Однако из-за недостатка высококвалифицированных дантистов многим пациентам приходится обращаться к стоматологу повторно. Это делает робота-стоматолога особенно актуальным.

к оглавлению ↑

Умная подушка Dreampad

Подушка Dreampad производства компании Integrated Listening Systems воспроизводит музыку в то время, пока ее хозяин спит. Однако, по заявлениям компании, исходящие при этом вибрации достигают внутренней области уха, в результате чего парасимптатическая нервная система человека заставляет организм расслабиться. В компании эту технологию назвали Dreampad Intrasound Technology.

Помимо воспроизведения музыки, с помощью мобильного приложения Dreampad подушку можно также использовать в качестве будильника.

Исследование, проведенное в Медицинской центре Университета Колумбии, показало: использование Dreampad сокращает частоту ночных пробуждений значительно эффективнее других (не фармакологических) инструментов.

к оглавлению ↑

Пластырь для лечения ожирения и диабета

Ученые медицинского центра Колумбийского Университета и Университета Северной Каролины разработали лечебный пластырь, преобразующий энергосберегающую белую жировую ткань в энергосжигающий бурый жир. В результате, обмен веществ в организме ускоряется.

В организме человека присутствует два типа жировых отложений. Белый жир хранит излишнюю энергию в каплях триглицеридов. В буром жире, в каплях меньшего размера, содержится много митохондрий, сжигающих жир и производящих тепло. Бурый жир преобладает у младенцев - это спасает их от переохлаждения. Однако с возрастом бурый жир уходит, и у взрослого человека он практически отсутствует.

По сообщению Science Daily, пластырь можно применять для сжигания нежелательных жировых отложений на талии, а также для лечения диабета второго типа и ожирения.
Ли Кьянг, руководитель исследования:

“Сейчас есть несколько доступных клинических препаратов, которые преобразуют белый жир в бурый, но все они производятся в форме таблеток или инъекций. Подобные препараты воздействуют на весь организм, вызывая такие побочные эффекты, как расстройство желудка, лишний вес и переломы костей. Наш пластырь для кожи позволяет облегчить эти осложнения, доставляя большую часть лекарства напрямую в жировые отложения.

Безусловно, очень многие люди с энтузиазмом воспримут новость, что мы нашли неинвазивную альтернативу липосакции, которая позволит избавиться от складок на боках. Но куда более важно, что этот пластырь позволит нам более безопасно и эффективно лечить ожирение и такие сопутствующие нарушения обмена веществ, как диабет второго типа.”

Изобретение было протестировано на страдающих ожирением лабораторных мышах. В результате мыши похудели на 20%, и в их крови снизился уровень глюкозы. Применение пластыря к мышам, не страдающим ожирением, привело к 20% росту потребления ими кислорода, что является мерой общей метаболической активности.

к оглавлению ↑

Шапка DigniCap убережет волосы при лечении рака

Современная практика лечения рака зачастую совмещает хирургию, радио- и химиотерапию. У этих методик общий побочный эффект - атакуя все быстрорастущие клетки, они также приводят к облысению пациентов.

Исследования показывают, что охлаждение поверхности черепа во время химиотерапии может снизить или даже устранить риск потери волос. Это объясняется тем, что охлаждение замедляет поступление крови к клеткам волос - таким образом, они становятся в меньшей степени подвержены эффекту химиотерапии.

Шведская компания Dignitana разработала DigniCap - шапку, с помощью геля охлаждающую череп.

Устройство прошло клинические испытания в США и близко к получению одобрения FDA (управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов).

к оглавлению ↑

Стартап учит организм человека самостоятельно вырабатывать лекарства

Биотех-стартап Moderna Therapeutics, оцененный в $5 млрд, использует матричную рибонуклеиновую кислоту (мРНК) для лечения болезней. Кислота поставляется в организм, который реагирует выработкой недостающих белков. Поскольку болезни развиваются как раз из-за нехватки этих белков, инъекции мРНК способны оказывать лечебное воздействие.

В рамках первой фазы клинических испытаний мРКН способствовало выработке у пациентов белка VEGF (фактор роста эндотелия сосудов). Этот белок критичен при развитии сердечно-сосудистых заболеваний, поскольку отвечает за формирование новых кровеносных сосудов. При этом у пациентов не наблюдалось побочных эффектов от подобного лечения.

Во вторую фазу испытаний войдут пациенты, проходящие операцию на коронарных артериях.

По данным Financial Times, Moderna Therapeutics также тестирует свою терапию для лечения онкологических заболеваний, лихорадки чикунгунья и вируса Зика.

#интересное Открытия Moderna не подтверждены научными публикациями. Но компания планирует опубликовать не менее 6 исследований в ближайший год.

к оглавлению ↑

Ученые научились программировать клетки

Ученым Уорикского университета в Великобритании удалось запрограммировать клетки на борьбу с раком, гриппом и другими заболеваниями подобно компьютеру.

Для этого они использовали молекулы РНК, переносящие информацию между белками и ДНК и в больших количествах присутствующие у людей, животных и растений. Молекулы РНК, как код компьютерных программ, могут быть организованы в последовательности команд. Определенная последовательность задает соответствующие функции молекулы. Таким образом, модификация РНК позволит не только эффективнее лечить болезни, но и получать желаемые свойства растений.

Альфонсо Джарамильо, руководитель проекта:

“Способность молекул РНК взаимодействовать в предсказуемой манере и с изменяемой структурой позволило нам разработать сеть молекулярных переключателей, которая может обрабатывать произвольные команды, закодированные в РНК. За последний год моя группа разработала методологию, позволяющую РНК воспринимать окружающую среду, совершать арифметические вычисления и управлять экспрессией генов без помощи белков. Это делает систему универсальной для всех царств живых организмов.”

Программируемые клетки позволят максимально персонализировать лечение под нужды конкретного человека.

к оглавлению ↑

Суперкоманда антител против ВИЧ

Трудность лечения вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) заключается в том числе в том, что он постоянно мутирует. В результате каждый больной переносит одновременно множество различных штаммов вируса. Лишь небольшому проценту людей, страдающих ВИЧ, удается адаптировать организм к выработке нейтрализующих антител, лучшие из которых способны уничтожать до 90% вирусов.

Команда исследователей из Национальных институтов здравоохранения США и французской фармацевтической компании Sanofi решили расширить круг пациентов, имеющих доступ к терапии антителами.

Команде удалось объединить в одном белке сразу три антитела разнонаправленного действия. Для этого исследователи перебрали многие комбинации антител, и выбрали самые эффективные в борьбе с вирусом: VRC01, PGDM1400 и 10E8v4. Эта комбинация способна атаковать 99% штаммов вируса. Новое лекарство уже было успешно испытано на обезьянах, и к концу 2018 года исследователи планируют приступить к клиническим испытаниям на людях.

#интересное В пресс-релизе Национальных институтов здравоохранения сообщается, что стратегия объединения трех антител в одном белке также может быть применена при лечении рака, инфекционных, аутоиммунных и других заболеваний.

к оглавлению ↑

Селфи помогут предотвратить рак поджелудочной железы

Шансы пережить рак поджелудочной железы очень невелики. По данным Pancreatic Cancer Action Network, лишь 9% больных прожили более 5 лет, при этом статистика улучшается третий год подряд.

Проблема заключается в сложности постановки диагноза: из-за отсутствия неинвазивного скрининга и достоверных симптомов к моменту обнаружения опухоли болезнь уже перетекает в терминальную стадию.

В случае развития панкреатита (воспаления поджелудочной железы) у больных наблюдается повышение билирубина - желчного пигмента. К повышению билирубина могут привести многие другие причины - от желчных камней до проблем с печенью. Однако этот параметр также может быть ранним предупреждением рака поджелудочной железы.

Алекс Мариакакис, аспирант Университета Вашингтона, разработал BiliScreen - приложение, использующее камеру смартфона, алгоритмы компьютерного зрения и машинное обучение для обнаружения повышенного уровня билирубина в склере (белковой оболочке глаза). В дополнение, вместе со своей командой Мариакакис разработал два недорогих инструмента минимизирования влияния внешнего света на результаты теста: небольшая коробка и бумажные очки с цветными калибрующими элементами, распечатанные на 3D-принтере.

к оглавлению ↑

Стволовые клетки научились безопасно получать из клеток кожи

В 2006 году была открыта возможность перепрограммировать клетки кожи при помощи внедрения определенных генов в их ДНК, в результате чего они превращались в стволовые клетки.

Стволовые клетки - универсальная деталь, которую тело человека использует для строительства тканей и органов.

Однако в результате трансформации клетки обладали несовершенными свойствами и могли стать раковыми, что делало операцию очень рискованной.

Спустя более чем 10 лет ученые из Института Скриппса в США нашли подход к решению проблемы. Они обнаружили особые антитела, которые способны перепрограммировать клетки кожи и превратить их в стволовые, не меняя их ДНК.

Антитела прикрепляются к белкам на поверхности клеток и производят генные манипуляции без проникновения внутрь клетки. Это значительно снижает риск неблагоприятного исхода, такого как раковая опухоль.

Наиболее подходящие для этой задачи антитела выбирали из 100 млн разновидностей.

к оглавлению ↑

Костную “шпатлевку” научились выращивать в лаборатории

Команда ученых из университетов Глазго, Стратклайда, западной Шотландии и Голуэйя вырастила живые клетки костной ткани в лабораторных условиях. Для этого они создали устройство, направляющее нановибрации сквозь подвешенные в коллагеновом геле мезенхимальные стволовые клетки. Выяснилось, что вибрации превратили клетки в модель минерализованной костной “шпатлевки” - уступающей костям в прочности, но достаточной для начала восстановительного процесса.

Мэтью Долби, профессор клеточной инженерии Университета Глазго, соавтор исследования:

“Нашей задачей было создать костную ткань в лабораторных условиях, чтобы потом использовать ее для помощи пациентам. Это значит, что ткань должна быть жизнеспособной, пористой и трехмерной.

Мы поместили костную "шпатлевку" в анатомически правильную, устойчивую модель человеческого тела, созданную путем 3D-печати коллагена. После чего мы поместили в тело множество клеток, чтобы ему удалось интегрировать эту новую кость. Мы заранее запрограммировали клетки в лаборатории, после чего тело приняло на себя функцию биореактора, чтобы доделать остальную работу.”

Коллаген является основным компонентом соединительной ткани человеческого организма. Поэтому гель, вокруг которого строятся клетки, биосовместим с человеческим телом и не будет вызывать отторжения тканей.

Комбинируя костную “шпатлевку” с искусственной, можно восстановить поврежденные участки костей больных остеопорозом, а также помочь жертвам взрывов, автокатастроф и солдатам с осколочными ранениями.

В 2020 небольшой фрагмент искусственно выращенной костной ткани впервые будет применен в клинической хирургии в рамках Национальной службы здравоохранения Великобритании.

к оглавлению ↑

Oclean One - зубная щетка с возможностью персонализации

При разработке своего продукта компания Oclean опиралась на три основных жалобы в адрес электронных зубных щеток: непродолжительное время работы без подзарядки, медленный заряд аккумулятора и отсутствие кастомизации.

Oclean One заряжается за 3,5 часа и держит заряд до 60 дней стандартного использования. С помощью приложения Oclean можно составить индивидуальный план чистки зубов на основе вашего возраста, пола, диеты, здоровья и других факторов. Всего щетка различает двенадцать разных планов, среди которых

  • отбеливание зубов,
  • защита десен,
  • профилактика кариеса,
  • чистка брекетов,
  • чистка во время беременности.

После каждой чистки зубов щетка анализирует проделанную вами работу и генерирует оценку. После чего, при необходимости, предлагает скорректировать план. Помимо этого, Oclean One разговаривает - с помощью водонепроницаемого динамика в нижней части устройства щетка подсказывает дальнейшие шаги и может выступать в качестве диктофона.

Первые поставки Oclean One планируются уже в ноябре 2017.

к оглавлению ↑

Бионическая линза наделяет орлиным зрением

Bionic lense

Канадская компания Ocumetics Technology Corporation тестирует “бионические линзы” - устройство собственной разработки, призванное заменить как очки, так и классические линзы.

Бионическая линза устанавливается хирургом на место естественной глазной линзы. Будучи установленной, линза корректируют зрение на любых расстояниях. Это возможно благодаря тому, что линза саморегулируется, соединяясь с мускулами глаза. Помимо этого линза требует лишь 1% от того количества энергии, которое ежедневно необходимо обыкновенному глазу.

Линза устроена таким образом, что в дальнейшем возможна ее модификация - например, проекция экрана смартфона на сетчатку или подача необходимого лекарства в глаз.

В то же время, линза не поможет с лечением дальтонизма, мускульной недостаточности, генетических заболеваний сетчатки и повреждений глазного нерва.

Без стоимости операции, бионическая линза обойдется в $3200.

к оглавлению ↑

Устройство для анализа крови в домашних условиях

Athelas blood test device

Компания Athelas выпустила бюджетное устройство для проведения анализа крови на дому. Устройство настроено на выявление гриппа, бактериальных инфекций и рака.

В 2014 году 17-летний Танай Тандон создал Athelas для разработки мобильного приложения, которые было бы способно обнаруживать малярию в крови. Эта идея оказалась слишком трудной для реализации, но разработки компании не были выброшены.

Бизнес-модель проекта рассчитана на сотрудничество с онкологами, которые бы выдавали устройство пациентам для сбора анализов в домашних условиях. Для проведения анализа устройству Athelas необходима лишь одна капля крови и 50 секунд, после чего результаты будут отправлены в специальное приложение на iOS или Android. Впоследствии результаты через приложение можно отправить доктору для дальнейшего анализа.

В будущем Athelas также планирует установить свои устройства в госпитали и работать с фармацевтическими компаниями.

Устройство распространяется по подписке: месяц пользования обойдется в $20.

к оглавлению ↑

Бонус: электричество из крови

Исследователи из китайского университета Фудань создали генератор, способный добывать энергию из крови, протекающей в кровеносных сосудах человека.

Изобретение основывается на “волокнообразном жидкостном наногенераторе” (fiber-shaped fluidic nanogenerator, FFNG) и покрывающих его нанотрубках толщиной около 1 мм. Будучи соединенным с электродами и помещенным в солевой раствор или обычную воду, наногенератор вырабатывает электричество (за счет искажения раствором симметричного распределения электрического слоя вокруг волокна).

Подобный наногенератор оказался на 20% эффективнее других подобных миниатюрных устройств. Помимо этого, длину его эластичного нановолокна можно регулировать. По утверждению создателей FFNG, устройство оптимально подходит для носимой электроники и медицины.


Also published on Medium.