Пекін, Москву та Мінськ сколихнула хвиля масових протестів. Влада Євразійського союзу зобов’язала всіх громадян пройти секвенування геному, результати якого зберігатимуться в державних базах даних. Без довідки про секвенування не можна влаштуватися на роботу та купити квітки на літак. Опозиція впевнена — йдеться про чергове посилення контролю. Відтепер по дрібній крапельці слини, яка залишилася на сторінці забороненої книги, можна буде ідентифікувати всіх, хто її читав. Втім, урядові інформагенції пояснюють, що це виключно прояв турботи — у разі хвороби лікар зможе прописати ліки, які найкраще підходять для конкретного генотипу.
Alphabets після злиття з Pfizer заявив про припинення підтримки сервісів Google. Компанія повністю зосередиться на розробці новітніх ліків. Збільшення середньої тривалості життя до 120 років поставило перед світом нові виклики. Тому саме співпраця з фармконцернами в останні роки приносила Alphabets левову долю прибутку.
Ілон Маск презентував нову Tesla — в ній немає керма, та й загалом — жодних кнопок; керувати автівкою можна лише телепатично, за допомогою вбудованого у мозок чіпа. За його підтримку щороку доведеться вносити абонплату у розмірі 10% від вартості авто. Водії обурені, але Маск впевнений — новинка користуватиметься попитом. Подібне кілька десятків років тому відбувалося і з Cybertruck — спочатку всі обурювалися обрубленими формами фургону, але згодом він став хітом продажів.
Мерія нарешті знайшла застосування для покинутих корпусів онкодиспансеру, які стоять порожніми більше 10 років — з тих пір, як рак навчилися лікувати кількома уколами, які роблять у звичайній поліклініці. Там розташують новітній центр трансплантації штучних органів, які будуть друкувати на 3D принтерах у приміщені самого центру.
Наведені вище новини звучать фантастично. Втім, це не зовсім фантастика — скоріше припущення про те, як через декілька десятків років можуть змінити світ п’ять реальних винаходів у медицині та біотехнології, які зробили у 2021 році. Редакція Chas News відібрала їх за допомогою дослідників і підприємців з біотех-індустрії.
1) мРНК-вакцина від раку
У червні 2021-го німецька компанія BioNtech розпочала другу стадію клінічних випробувань мРНК-вакцини BNT111 проти меланоми, одного з найбільш агресивних та небезпечних видів раку. На більш ранніх етапах розробки у BioNtech перебувають ще декілька вакцин для боротьби з різними видами раку.
Дослідники звернули увагу на те, що на поверхні клітин, з яких складається меланома, є декілька специфічних білків, не притаманних нормальним клітинам. Введення в організм генетичного матеріалу, який кодує ці білки, активує клітинний імунітет, що стримує ріст пухлини.
Прорив, який зробила медицина у боротьбі з COVID-19 завдяки мРНК-вакцинам, відкрив можливість подолати за допомогою цієї технології і інші хвороби, як інфекційні, так і неінфекційні. Адже у випадку мРНК-вакцин в організм уводять не готові білки, а генетичний матеріал, який кодує їх. А мРНК можна у буквальному сенсі «надрукувати» просто в лабораторії. Для цього не потрібні великі виробничі потужності.
Вперше мРНК-вакцину на мишах випробували у 1990-му. Ще 15 років вченим знадобилося, щоб подолати головні проблеми технології — а саме: нестабільність мРНК в організмі та запальні реакції, які викликає її введення. Втім, до пандемії регулятори з недовірою ставилися до нової технології, що гальмувало її розвиток. Станом на 2020 рік існувало всього три експериментальні мРНК-вакцини: проти лихоманки Ебола, грипу та Toxoplasma gondii (інфекція, що небезпечна для вагітних, — може викликати вади розвитку у плода).
Зараз по світу введені більше мільярда доз вакцини цього типу і ми можемо бути впевненими в їхній безпечності та ефективності. Тому можна очікувати, що вже у найближчі роки ми побачимо мРНК-вакцини від багатьох небезпечних хвороб. «Проти будь-якого збудника можна сформувати імунітет із застосуванням РНК, будь-який ген можна вимкнути, заглушити, знов-таки за допомогою РНК», — пояснює Віктор Досенко, завідувач відділу загальної та молекулярної патофізіології Інституту фізіології імені О. Богомольця НАН України.
Більш за те, дослідник впевнений, що розвиток цієї технології відкриє нові перспективи і для української науки. «Розробки українських вчених у цьому напрямі також є — опубліковані дані про РНК-терапію інфаркту міокарда, артеріальної гіпертензії, а також задля підвищення фізичної витривалості тварин», — говорить Досенко.
2) Створення 3D-схеми людського мозку та розвиток нейроімплантів
У квітні 2021-го компанія Ілона Маска Neuralink показала відео, на якому мавпа силою «думки» грає у пінг-понг на комп’ютері.
Це стало можливим завдяки вживленню у її мозок чипа з 1024 надтонкими електродами, які об’єднали в один пристрій циліндричної форми діаметром 23 мм і висотою 8 мм. З такими тонкими електродами не здатен впоратися навіть найдосвідченіший нейрохірург — тому імплантує Neuralink «хірург-робот».
Далі електроди «знімають сигнал» з нейронів, або навпаки — збуджують їх.
Neuralink заснували у 2016-му, проте саме у 2021 компанія продемонструвала найбільший успіх — навчила мавпу силою «думки» грати у пінг-понг та «візуалізувала» відчуття свині при обмацуванні п’ятачком різних предметів.
Вже у найближчі роки технологія допоможе дати повністю паралізованим людям можливість спілкуватися зі світом через комп’ютер. А в більш віддаленій перспективі Neuralink здатен повернути людям з пошкодженим спинним мозком радість руху. Крім того, імплант можна використовувати як надзвичайно просунутий слуховий апарат, що непомітний для оточення.
У Neuralink очікують, що у 2022-му отримають дозвіл на вживлення чипу людині. Хоча насправді тут Ілона Маска конкуренти випередили. 22 грудня паралізований австралієць, якому імплантували нейрочип компанії Synchron, зробив допис у Twitter.
Втім, у майбутньому нейрочипи здатні поліпшити життя і здорових людей. А у впроваджені інновацій в життя Ілону Маску нема рівних. «Оскільки введення даних є найбільш повільним етапом роботи на комп’ютері, моментальне управління гаджетами буде вкрай затребуваним. Викликати силою думки таксі чи розплачуватися поглядом на касі супермаркету — що може бути краще?!», — вигукує Петро Старокадомський, дослідник Техаського університету США, редактор наукового журналу Frontiers.
Це таки вже не фантастика. Влітку 2021-го вчені Гарварду у співробітництві з Google опублікували 3D схему 1 куб. мм людського мозку. Не дивлячись на невеличкий об’єм, схема містить розташування всіх 57 тис. нейронів та 133 млн активних з’єднань (синапсів) між ними. «Розуміння будови мозку відкриває шалені перспективи як для терапії нейрозахворювань та психічних хвороб, так і для створення інтерфейсів, які поєднуватимуть мозок людини з комп’ютером», — говорить Старокадомський.
Хоча з останньою перспективою насправді не все так просто. Досенко пояснює, що, не дивлячись на низьку травматичність операцій, про яку заявляє Neuralink, будь-яке хірургічне втручання у мозок все одно є доволі ризикованим. Тому не факт, що без крайньої потреби на це можна йти. До того ж сам факт можливості зчитування інформації з мозку зовнішніми пристроями породжує багато етичних і юридичних проблем.
3) Створення Alphabets алгоритму AlphaFold, який моделює структуру білків з точністю до атому
Рак легенів щороку забирає мільйони життів. Ще у 1982 році вчені з’ясували, що одна з головних причин виникнення цієї хвороби, особливо у курців, — мутації в одному з генів, так званому k-Ras.
Втім, винайти ліки, які б діяли на білок, що продукує пошкоджений ген, не могли 40 років. Це вдалося лише у 2021-му. FDA схвалив Lumarkras — інноваційний препарат для лікування раку легенів, який діє на білки, продуковані пошкодженим геном.
Як пояснює Старокадомський, створити новий препарат вдалося завдяки комп’ютерному моделюванню (як називають цей метод вчені, in silico, тобто «у кремнії», на відміну від традиційних дослідів in vitro — «у склі», тобто пробірці).
Дослідники за допомогою штучного інтелекту дуже точно змоделювали просторову структуру шкідливого білка і використовували її як «замок» — підбирали до нього «ключі». Тобто шукали молекули, які точно збігатимуться за структурою з білком і зможуть нейтралізувати його.
Застосування комп’ютерного моделювання набагато дешевше і швидше, ніж традиційні експерименти. Втім, до останнього часу не завжди було можливим використовувати подібні методи — адже комп’ютерним моделям білків не вистачало точності.
Але скоро все може змінитися. У 2021-му команда DeepMind, одного з підрозділів Alphabets (власник Google), створила алгоритм AlphaFold, здатний передбачати структуру білків з надвисокою точністю — до 0,16 нм. Це набагато вище, ніж будь-які методи моделювання, що існували до цього, і можна порівняти з точністю лабораторних методів — таких як електронна мікроскопія чи ядерний магнітний резонанс. Але, повторимося, — набагато дешевше. «Поява нових методів комп'ютерного моделювання відкриває можливості для пошуку ліків від раку, нейродегенеративних захворювань та метаболічних порушень», — говорить Старокадомський.
4) Зниження вартості секвенування геному людини до $600
Вчені десятки років мріяли розшифрувати геном людини. Адже, побачивши «креслення», за якими побудовано наш організм, можна знайти відповідь на безліч питань. Як суто світоглядних — на кшталт того, що саме відрізняє нас від мавп, так і практичних — зрозуміти глибинні причини розвитку багатьох хвороб. А значить — наблизитися до винайдення нових ліків.
Міжнародний проєкт повного дослідження геному людини стартував у 1990-му. Виконали титанічну на той час працю лише у 2003-му. На це пішла колосальна сума у $3 млрд.
Втім, у 2015 році одразу дві компанії — PacBio та Oxford Nanopore — презентували нову технологію секвенування геному, яка набагато спрощувала цей процес.
А у 2021-му біотехкомпанія Illumina з Каліфорнії оголосила про старт продажу набору реагентів для повного аналізу геному людини за ціною у $600. Вдвічі дешевше, ніж новий iPhone.
Хоча у самій Illumina вважають, що це все ще занадто дорого. Мета компанії — знизити вартість аналізу геному до $100. Щоби більшість людей світу мали змогу детально дослідити свою ДНК і зрозуміти, до розвитку яких хвороб схильні.
Досенко пояснює, що така можливість призведе до докорінних змін у медицині — розповсюдженні персоналізованої терапії, коли кожній людині будуть призначати лікування, враховуючи її «генетичну конституцію».
Найбільш відомий приклад подібного підходу — здоров’я Анжеліни Джолі. Ще у 2013 році, коли дослідження геному було доступне лише заможним людям, актриса виявила, що є носієм мутантного гену, який викликає розвиток раку грудей та яєчників. Тому Джолі видалили ці органи. Важке рішення. Але якщо б голлівудська зірка не пішла на це, то, ймовірно, захворіла би на рак.
«Оцифрування геномів усього людства відтепер стало посильним завданням, і це призведе до докорінних змін не лише в системах охорони здоров’я, але і в багатьох аспектах суспільного устрою», — говорить Євген Найштетик, фаундер Lorton Investments.
До речі, у цьому контексті варто пригадати ще один «прорив року» — компанія Ribbon Biolabs заявила про розробку революційної технології, яка дозволяє друкувати ДНК будь-якої довжини. Найштетик вважає, що це відкриває небачені раніше перспективи для синтетичної біології, простіше кажучи — створення нових живих істот.
5) Застосування 3D-біопринтера у клінічній практиці
У листопаді 2021-го французький біотех-стартап Poietis оголосив про встановлення свого біопринтера для 3D-друку тканин в одній з державних лікарень Марселя. Пристрій за кілька годин може створити замінник шкіри площею до 40 кв. см. Тобто — штучну шкіру друкуватимуть безпосередньо у лікарні і використовуватимуть під час операцій. В компанії сподіваються, що до 2026-го встановлять 85 біопринтерів у французьких лікарнях.
Біопринтинг — створення замінників природних тканин організму за допомогою вирощених «у пробірці» клітин та штучного каркасу, який їх зв’язує в єдине ціле, з’явилася ще в 2003 році. Втім, технологію здебільшого використовували лише для експериментів та ефектних презентацій.
Найштетик впевнений, що прорив Poietis суттєво пожвавить конкуренцію між виробниками біопринтерів, прискоривши проникнення технології у клінічну практику. «На підході більш складні проєкти в цій сфері від Biolife4D, 3D System, Cellink, Matricelf та ін. Надруковані серця, штучні легені, рогівка та суглоби — все це вже не атрибути фантастичних романів», — пояснює підприємець.
