Пекин, Москву и Минск всколыхнула волна массовых протестов. Власти Евразийского союза обязали всех граждан пройти секвенирование генома, результаты которого будут храниться в государственных базах данных. Без справки о секвенировании нельзя устроиться на работу и купить билеты на самолет. Оппозиция уверена — речь идет об очередном усилении контроля. Теперь по крошечной капельке слюны, которая осталась на странице запретной книги, можно будет идентифицировать всех, кто ее читал. Впрочем, правительственные информагентства объясняют, что это исключительно проявление заботы — в случае болезни врач сможет прописать лекарства, которые лучше всего подходят для конкретного генотипа.
Alphabets после слияния с Pfizer заявил о прекращении поддержки сервисов Google. Компания полностью сосредоточится на разработке новейших лекарств. Увеличение средней продолжительности жизни до 120 лет поставило перед миром новые вызовы. Поэтому именно сотрудничество с фармконцернами в последние годы приносило Alphabets львиную долю прибыли.
Илон Маск презентовал новую Tesla — в ней нет руля, да и вообще — никаких кнопок; управлять автомобилем можно только телепатически, с помощью встроенного в мозг чипа. За его поддержку каждый год придется вносить абонплату в размере 10% от стоимости авто. Водители возмущены, но Маск уверен — новинка будет пользоваться спросом. Подобное несколько лет назад происходило и с Cybertruck — сначала все возмущались из-за обрубленных форм фургона, но впоследствии он стал хитом продаж.
Мэрия наконец-то нашла применение для заброшенных корпусов онкодиспансера, которые стоят пустыми более 10 лет — с тех пор, как рак научились лечить несколькими уколами, которые делают в обычной поликлинике. Там разместят новейший центр трансплантации искусственных органов, которые будут печатать на 3D принтерах в помещении самого центра.
Вышеприведенные новости звучат фантастически. Впрочем, это не совсем фантастика — скорее предположения о том, как через несколько десятков лет могут изменить мир пять реальных изобретений в медицине и биотехнологии, которые сделали в 2021 году. Редакция Chas News отобрала их с помощью исследователей и предпринимателей из биотех-индустрии.
1) мРНК-вакцина от рака
В июне 2021-го немецкая компания BioNtech начала вторую стадию клинических испытаний мРНК-вакцины BNT111 против меланомы, одного из наиболее агрессивных и опасных видов рака. На более ранних этапах разработки у BioNtech находятся еще несколько вакцин для борьбы с разными видами рака.
Исследователи обратили внимание на то, что на поверхности клеток, из которых состоит меланома, имеется несколько специфических белков, не свойственных нормальным клеткам. Введение в организм генетического материала, который кодирует эти белки, активизирует клеточный иммунитет, который сдерживает рост опухоли.
Прорыв, который сделала медицина в борьбе с COVID-19 благодаря мРНК-вакцинам, открыл возможность преодолеть с помощью этой технологии и другие болезни, как инфекционные, так и неинфекционные. Ведь в случае мРНК-вакцин в организм вводят не готовые белки, а генетический материал, который кодирует их. А мРНК можно в буквальном смысле «напечатать» прямо в лаборатории. Для этого не требуются большие производственные мощности.
Впервые мРНК-вакцину на мышах опробовали в 1990-м. Еще 15 лет ученым понадобилось, чтобы преодолеть главные проблемы технологии, — а именно: нестабильность мРНК в организме и воспалительные реакции, которые вызывает ее введение. Впрочем, до пандемии регуляторы недоверчиво относились к новой технологии, что тормозило ее развитие. По состоянию на 2020 год существовало всего три экспериментальных мРНК-вакцины: против лихорадки Эбола, гриппа и Toxoplasma gondii (инфекция, которая опасна для беременных, — может вызвать пороки развития у плода).
Сейчас по миру введено более миллиарда доз вакцины этого типа, и мы можем быть уверены в их безопасности и эффективности. Поэтому можно ожидать, что уже в ближайшие годы мы увидим мРНК-вакцины от многих опасных болезней. «Против любого возбудителя можно сформировать иммунитет с применением РНК, любой ген можно отключить, заглушить опять же с помощью РНК», — объясняет Виктор Досенко, заведующий отделом общей и молекулярной патофизиологии Института физиологии имени А. Богомольца НАН Украины.
Более того, исследователь уверен, что развитие этой технологии откроет новые перспективы и для украинской науки. «Разработки украинских ученых в этом направлении также есть — опубликованы данные о РНК-терапии инфаркта миокарда, артериальной гипертензии, а также для повышения физической выносливости животных», — говорит Досенко.
2) Создание 3D-схемы человеческого мозга и развитие нейроимплантов
В апреле 2021 года компания Илона Маска Neuralink показала видео, на котором обезьяна силой «мысли» играет в пинг-понг на компьютере.
Это стало возможным благодаря вживлению в ее мозг чипа с 1024 сверхтонкими электродами, которые объединили в одно устройство цилиндрической формы диаметром 23 мм и высотой 8 мм. С такими тонкими электродами не способен справиться даже самый опытный нейрохирург — поэтому имплантирует Neuralink «хирург-робот».
Далее электроды «снимают сигнал» с нейронов, или наоборот — возбуждают их.
Neuralink основали в 2016-м, однако именно в 2021 году компания продемонстрировала наибольший успех — научила обезьяну силой «мысли» играть в пинг-понг и «визуализировала» ощущение свиньи при ощупывании пятачком различных предметов.
Уже в ближайшие годы технология поможет дать полностью парализованным людям возможность общаться с миром через компьютер. А в более отдаленной перспективе Neuralink способен вернуть людям с поврежденным спинным мозгом радость движения. Кроме того, имплант можно использовать как невероятно продвинутый слуховой аппарат, который незаметный для окружающих.
В Neuralink ожидают, что в 2022-м получат разрешение на вживление чипа человеку. Хотя, на самом деле, тут Илона Маска конкуренты опередили. 22 декабря парализованный австралиец, которому имплантировали нейрочип компании Synchron, сделал запись в Twitter.
Впрочем, в будущем нейрочипы способны улучшить жизнь и здоровых людей. А во внедрении инноваций в жизнь Илону Маску нет равных. «Поскольку ввод данных является самым медленным этапом работы на компьютере, моментальное управление гаджетами будет очень востребованным. Вызвать силой мысли такси или расплачиваться взглядом на кассе супермаркета — что может быть лучше?!», — восклицает Петр Старокадомский, исследователь Техасского университета США, редактор научного журнала Frontiers.
Это уже не фантастика. Летом 2021-го ученые Гарварда в сотрудничестве с Google опубликовали 3D схему 1 куб. мм человеческого мозга. Несмотря на небольшой объем, схема содержит расположение всех 57 тыс. нейронов и 133 млн активных соединений (синапсов) между ними. «Понимание строения мозга открывает бурные перспективы как для терапии нейрозаболеваний и психических болезней, так и для создания интерфейсов, которые будут объединять мозг человека с компьютером», — говорит Старокадомский.
Хотя с последней перспективой действительно не все так просто. Досенко объясняет, что, несмотря на низкую травматичность операций, о которой заявляет Neuralink, любое хирургическое вмешательство в мозг все равно является достаточно рискованным. Поэтому не факт, что без крайней надобности на это можно идти. К тому же сам факт возможности считывания информации из мозга внешними устройствами порождает много этических и юридических проблем.
3) Создание Alphabets алгоритма AlphaFold, который моделирует структуру белков с точностью до атома
Рак легких ежегодно уносит миллионы жизней. Еще в 1982 году ученые выяснили, что одна из главных причин возникновения этой болезни, особенно у курильщиков, — мутации в одном из генов, так называемом k-Ras.
Впрочем, изобрести лекарства, которые бы действовали на белок, который продуцирует поврежденный ген, не могли 40 лет. Это удалось только в 2021-м. FDA одобрил Lumarkras — инновационный препарат для лечения рака легких, который действует на белки, продуцируемые поврежденным геном.
Как объясняет Старокадомский, создать новый препарат удалось благодаря компьютерному моделированию (как называют этот метод ученые, in silico, то есть «в кремнии», в отличие от традиционных опытов in vitro — «в стекле», то есть пробирке).
Исследователи с помощью искусственного интеллекта очень точно смоделировали пространственную структуру вредного белка и использовали ее как «замок» — подбирали к нему «ключи». То есть искали молекулы, которые будут точно совпадать по структуре с белком и смогут нейтрализовать его.
Применение компьютерного моделирования гораздо дешевле и быстрее традиционных экспериментов. Впрочем, до последнего времени не всегда было возможно использовать подобные методы — ведь компьютерным моделям белков не хватало точности.
Но скоро все может измениться. В 2021-м команда DeepMind, одного из подразделений Alphabets (владелец Google), создала алгоритм AlphaFold, способный предусматривать структуру белков со сверхвысокой точностью — до 0,16 нм. Это гораздо выше, чем любые методы моделирования, которые существовали до этого, и можно сравнить с точностью лабораторных методов — таких как электронная микроскопия или ядерный магнитный резонанс. Но, повторимся, — гораздо дешевле. «Появление новых методов компьютерного моделирования открывает возможности для поиска лекарств от рака, нейродегенеративных заболеваний и метаболических нарушений», — говорит Старокадомский.
4) Снижение стоимости секвенирования генома человека до $600
Ученые десятки лет мечтали расшифровать геном человека. Ведь, увидев «чертежи», по которым построен наш организм, можно найти ответ на множество вопросов. Как чисто мировоззренческих — например, что именно отличает нас от обезьян, так и практических — понять глубинные причины развития многих болезней. А значит — приблизиться к изобретению новых лекарств.
Международный проект полного исследования генома человека стартовал в 1990 году. Выполнили титаническую, на то время, работу только в 2003-м. На это ушла колоссальная сумма в $3 млрд.
Впрочем, в 2015 году сразу две компании — PacBio и Oxford Nanopore — представили новую технологию секвенирования генома, которая намного упрощала этот процесс.
А в 2021-м биотехкомпания Illumina из Калифорнии объявила о старте продаж набора реагентов для полного анализа генома человека по цене в $600. Вдвое дешевле нового iPhone.
Хотя в самой Illumina считают, что это все еще слишком дорого. Цель компании — снизить стоимость анализа генома до $100. Чтобы большинство людей мира могли детально исследовать свою ДНК и понять, к развитию каких болезней подвержены.
Досенко объясняет, что такая возможность приведет к фундаментальным изменениям в медицине — распространении персонализированной терапии, когда каждому человеку будут назначать лечение, учитывая его «генетическую конституцию».
Наиболее известный пример подобного подхода — здоровье Анджелины Джоли. Еще в 2013 году, когда исследование генома было доступно только богатым людям, актриса обнаружила, что является носителем мутантного гена, который вызывает развитие рака груди и яичников. Потому Джоли удалили эти органы. Сложное решение. Но если бы голливудская звезда не пошла на это, то, вероятно, заболела бы раком.
«Оцифровка геномов всего человечества теперь стала посильной задачей, и это приведет к фундаментальным изменениям не только в системах здравоохранения, но и во многих аспектах общественного строя», — говорит Евгений Найштетик, фаундер Lorton Investments.
Кстати, в этом контексте стоит вспомнить еще один «прорыв года» — компания Ribbon Biolabs заявила о разработке революционной технологии, которая позволяет печатать ДНК любой длины. Найштетик считает, что это открывает невиданные ранее перспективы для синтетической биологии, проще говоря — создания новых живых существ.
5) Применение 3D-биопринтера в клинической практике
В ноябре 2021-го французский биотех-стартап Poietis объявил об установке своего биопринтера для 3D-печати тканей в одной из государственных больниц Марселя. Устройство за несколько часов может создать заменитель кожи площадью до 40 кв. см. То есть — искусственную кожу будут печатать непосредственно в больнице и использовать во время операций. В компании надеются, что до 2026-го установят 85 биопринтеров во французских больницах.
Биопринтинг — создание заменителей природных тканей организма с помощью выращенных «в пробирке» клеток и искусственного каркаса, который их связывает в единое целое, появился еще в 2003 году. Впрочем, технологию в основном использовали только для экспериментов и эффектных презентаций.
Найштетик уверен, что прорыв Poietis существенно оживит конкуренцию между производителями биопринтеров, ускорив проникновение технологии в клиническую практику. «На подходе более сложные проекты в этой сфере от Biolife4D, 3D System, Cellink, Matricelf и др. Напечатанные сердца, искусственные легкие, роговица и суставы — это уже не атрибуты фантастических романов», — объясняет предприниматель.
