Lääketieteen tulevaisuus: kantasolut, geenitekniikka, mukautettu DNA

Kesällä 2008 huomasin kädessäni myyrän, joka näytti kasvavan.

Vaikea oli kuitenkin sanoa. En ollut varma, oliko se todella kasvanut – vai olinko vain sekaisin ja olin luulotauti ilman hyvää syytä – joten päätin tarkistaa sen. Minun piti soittaa klinikalle, varata aika, odottaa muutama päivä ja sitten ajaa lääkärin vastaanotolle. Kun olin siellä, nainen, jolla on yli kahdeksan vuoden erikoislääkärikoulutus, katsoi pitkään, lujasti luomaa ja kysyi minulta joukon kysymyksiä siitä – mutta kun kaikki oli sanottu ja tehty, hänellä ei ollut lopullista vastausta minä. Sen sijaan hän vain ohjasi minut toiselle lääkärille, jolla oli enemmän kokemusta melanoomasta, ja koko prosessi alkoi alusta.

Siitä ei tullut mitään, mutta toinen lääkäri käski minun pitää sitä silmällä varmuuden vuoksi. Pikakelataan kahdeksaa vuotta eteenpäin, ja pidän sitä edelleen silmällä – mutta menetelmäni ovat kehittyneet hieman kehittyneemmiksi. Nyt muutaman kuukauden välein vedän a

älypuhelin taskustani, käynnistä sovellus nimeltä SkinVision, ja ota kuva myyrästä. Sekunneissa sovellus käyttää kehittyneitä kuvantunnistusalgoritmeja analysoidakseen kuvan muodon, koon ja värin vaurioituneen alueen ja vertaa sitä sitten kaikkiin kuviin, jotka olen ottanut aiemmin arvioidakseni riskini melanooma.

Tekniikan avulla asia, joka aikoinaan kesti kaksi viikkoa ja useita lääkärikäyntejä, voidaan nyt suorittaa lyhyemmässä ajassa kuin kenkien solmiminen. Edelleenkin mietityttää, että niin radikaali muutos kesti alle vuosikymmenen, joten nyt aina kun käynnistän sovelluksen, en voi olla ihmettelemättä, millaisia ​​edistysaskeleita näemme seuraavan vuosikymmenen aikana.

Miltä lääke näyttää kymmenen vuoden kuluttua? Leikkataanko robottikirurgien toimesta, kasvatetaanko uusia elimiä tarpeen mukaan ja otetaanko ihmepillereitä, jotka helpottavat kaikkia vaivojamme? Paranevatko maailman tappavimmat sairaudet vai keksimmekö, miten niitä voidaan ehkäistä ennen kuin ne ylipäätään tapahtuvat? On helppo spekuloida, mitä kaukaisessa tulevaisuudessa tapahtuu, mutta entä lähitulevaisuus? Mitä ihmeellisiä asioita on mahdollista – realistisesti – vuonna 2026?

Ymmärtääksesi sinun on ensin katsottava taaksepäin tektonisiin muutoksiin, joita on tapahtunut viimeisen 10 vuoden aikana ja jotka jatkuvat tulevaisuuteen. Tässä on, kuinka tekniikka on radikaalisti muokannut lääketiedettä viimeisen vuosikymmenen aikana, ja kurkistus joihinkin hämmästyttävistä edistysaskeleista, joita on tulossa seuraavan vuosikymmenen aikana.

Terveyden Internet

Vuonna 2006 kenelläkään ei ollut älypuhelinta taskussaan. Langaton verkko oli juuri syntynyt, iPhonea ei ollut julkaistu, eikä "puettava tekniikka" ollut vielä edes osa suosittua kansankieltä. Siitä on vain 10 vuotta, ja kaikki nämä asiat ovat käytännössä kaikkialla kehittyneissä maissa.

Toisin kuin muina aikoina ihmiskunnan historiassa, ihmiset kävelevät nyt ympäriinsä antureilla varustettuja, Internetiin kytkettyjä tietokoneita enemmän tai vähemmän kiinnitettynä kehoonsa. Näiden tietokoneiden avulla voimme paitsi käyttää terveystietoa aina kun tarvitsemme sitä, myös seurata henkilökohtaista terveyttämme ennennäkemättömillä uusilla tavoilla.

Jopa halpa älypuhelin voi tarkistaa sykkeesi, laskea otetut askeleet tai seurata unesi laatua yöllä. Jos tarvitset jotain edistyneempää, saatavilla on myös lukemattomia liitteitä, jotka voivat muuttaa mobiililaitteesi lähes mihin tahansa lääketieteelliseen työkaluun, jota saatat koskaan tarvita. A älypuhelimella toimiva otoskooppi voi diagnosoida korvatulehduksia, a älykäs stetoskooppi osaa tunnistaa epätavalliset sydämen rytmit ja a älypuhelimeen kytketty molekyylispektrometri voi kertoa sinulle kohtaamiesi ruokien tai pillereiden kemiallisen koostumuksen. Ja tämä vain muutamia mainitakseni.

Tämä uskomaton runsaus sovelluksia, antureita ja tietoja on jo käynnistänyt suuren muutoksen pois perinteisistä lääketieteellisistä käytännöistä.

"Periaatteessa se, mitä näemme, on ihmisten digitalisoitumista", sanoo tohtori Eric Topol, kardiologi ja Scripps Translational Science Instituten johtaja. "Kaikki nämä uudet työkalut antavat sinulle mahdollisuuden kvantifioida ja digitoida jokaisen ihmisen lääketieteellinen olemus. Ja koska potilaat tuottavat suurimman osan tästä tiedosta itse, koska heidän älypuhelimensa ovat lääketieteellisiä, he ovat keskeisessä asemassa lääkärin sijasta. Ja älykkäiden algoritmien avulla, jotka auttavat heitä tulkitsemaan tietojaan, he voivat halutessaan vapautua perinteisen terveydenhuollon suljetusta maailmasta."

Tulevaisuuteen katsoen Topol uskoo, että älypuhelimet muuttavat radikaalisti lääkäreiden roolia terveydenhuoltojärjestelmässä. "Nämä työkalut voivat vähentää lääkäreiden käyttöä, leikata kustannuksia, nopeuttaa hoitoa ja antaa enemmän tehoa potilaille", hän selittää. "Kun potilaat tuottavat enemmän lääketieteellistä dataa ja käsittelevät niitä tietokoneilla, suuri osa lääketieteen diagnostiikka- ja seurantanäkökohdista siirtyy pois lääkäreiltä. Potilas alkaa ottaa vastuuta ja kääntyy lääkäreiden puoleen pääasiassa saadakseen hoitoa, ohjausta, viisautta ja kokemusta. Nämä lääkärit eivät kirjoita määräyksiä; he antavat neuvoja."

Lääketiede, tapaa tietojenkäsittelytiede

Tietokoneilla on pitkä historia lääketieteen alalla. Sairaalat ovat käyttäneet niitä potilastietojen ja potilaiden seurantaan 1950-luvulta lähtien, mutta laskennallinen lääketiede eli tietokonemalleja ja kehittyneitä ohjelmistoja sairauksien kehittymisen selvittämiseksi – on ollut olemassa vain suhteellisen lyhyen ajan aika. Vasta viimeisen vuosikymmenen aikana, kun tietokoneista tuli huomattavasti tehokkaampia ja helppokäyttöisempiä, laskennallisen lääketieteen ala alkoi todella lähteä nousuun.

Tohtori Raimond Winslow, vuonna 2005 perustetun Johns Hopkins University Institute for Computational Medicine -instituutin johtaja, sanoo, että viime vuosina "ala on räjähtänyt. Siellä on kokonaan uusi ihmisten yhteisö, jota koulutetaan matematiikassa, tietojenkäsittelytieteessä ja tekniikassa – ja heitä koulutetaan myös biologiassa. Näin he voivat tuoda kokonaan uuden näkökulman lääketieteelliseen diagnoosiin ja hoitoon.

Nyt sen sijaan, että pohdimme monimutkaisia ​​lääketieteellisiä kysymyksiä rajallisilla inhimillisillä aivovoimallamme, olemme alkaneet värvätä koneiden avulla analysoida valtavia tietomääriä, tunnistaa kuvioita ja tehdä ennusteita, joita yksikään ihmislääkäri ei pystyisi edes tekemään ymmärtää.

"Sairauksien katsominen perinteisen biologian linssin läpi on kuin yrittäisi koota erittäin monimutkainen palapeli, jossa on valtava määrä paloja", Winslow selittää. ”Tulos voi olla hyvin epätäydellinen kuva. Laskennallinen lääketiede voi auttaa sinua näkemään, kuinka palapelin palaset sopivat yhteen kokonaisvaltaisemman kuvan saamiseksi. Meillä ei ehkä koskaan ole kaikkia puuttuvia palasia, mutta päädymme saamaan paljon selkeämmän kuvan siitä, mikä aiheuttaa sairauden ja miten sitä hoidetaan."

Suhteellisen lyhyessä ajassa laskennallista lääketiedettä on käytetty saavuttamaan joitain melko uskomattomia asioita - kuten kolorektaalisyövän, munasarjasyövän ja useiden sydän- ja verisuonisairauksien geeni- ja proteiinimarkkerien paikantaminen. sairaudet.

Viime aikoina ala on jopa alkanut haarautua tautien mallintamisen ulkopuolelle. Kun laskentatehomme ovat laajentuneet vuosien varrella, myös tavat, joilla tutkijat käyttävät näitä voimia, ovat laajentuneet. Tiedemiehet käyttävät nyt teknologioita, kuten syväoppimisalgoritmeja ja tekoälyä, louhiakseen tietoa lähteistä, jotka ovat muuten hyödyttömiä tai saavuttamattomissa.

Otetaan esimerkiksi tri Gunnar Rätcsh Memorial Sloan Kettering Cancer Centeristä. Hän ja hänen tiiminsä käyttivät äskettäin laskentaa selvittääkseen syövän mysteerit täysin epätavallisella tavalla. Sen sijaan, että Rätcsh ja hänen tiiminsä rakensivat mallin taudista ymmärtääkseen sitä biologisella tasolla keinotekoisesti älykäs ohjelmisto, joka pystyy lukemaan ja ymmärtämään satoja miljoonia lääkäreitä muistiinpanoja. Vertaamalla näitä muistiinpanoja ja analysoimalla yhteyksiä potilaiden oireiden, sairaushistorian, lääkäreiden havaintojen ja eri hoitokursseilla ohjelma pystyi löytämään yhteyksiä ja assosiaatioita, joita ihmislääkäreillä ei ehkä ole huomannut.

"Ihmismieli on rajallinen", Rätsch selittää, "täten sinun on käytettävä tilastoja ja tietojenkäsittelyä."

Ja Ratsch ei ole ainoa, joka ajattelee laatikon ulkopuolella. Tehokkaiden uusien tietokoneiden, uusien tietojen ja lukemattomien uusien älykkäiden lähestymistapojen avulla tutkijat keksivät täysin erilaisia ​​tapoja lähestyä monimutkaisia ​​lääketieteellisiä ongelmia.

Esimerkiksi tutkijat kehittivät äskettäin koneoppimisalgoritmin, joka seuraa taudin leviämistä seulomalla Twitteristä geotag-tviittejä sairastamisesta. Analysoimalla näitä tietoja epidemiologit voivat ennustaa tarkemmin, missä virukset, kuten influenssa, todennäköisesti leviävät, mikä auttaa terveysviranomaisia ​​käyttämään rokotteita tehokkaammin.

Toisessa tutkimuksessa tutkijat kouluttivat keinotekoista hermoverkkoa tunnistamaan kuvioita magneettikuvauksissa, mikä lopulta johti järjestelmä, joka ei vain pystynyt havaitsemaan Alzheimerin taudin esiintymistä, vaan myös ennustamaan, milloin sairaus todennäköisesti ilmaantuisi muuten terveellä kärsivällinen.

Meillä on myös algoritmeja, jotka voivat diagnosoida masennusta ja ahdistusta analysoimalla puheesi malleja ja jopa ennustaa ebolan leviämistä analysoimalla tartunnan saaneiden lepakoiden muuttoaktiivisuutta. Ja lista jatkuu. Nämä ovat vain muutamia esimerkkejä laajemmasta trendistä. Tietojenkäsittely on tunkeutunut kymmeniin eri lääketieteen ammatteihin tässä vaiheessa, ja se jatkaa sormiensa levittämistä, kunnes se saavuttaa lääketieteellisen tutkimuksen ja käytännön kaikki kulmat.

Geenien muokkaus

Kaikki keskustelut merkittävimmistä edistysaskeleista, joita on tapahtunut viimeisen 10 vuoden aikana, olisivat valitettavan epätäydellisiä ilman CRISPR-Cas9:n mainitsemista. Tämä yksittäinen tekniikka on kiistatta yksi aikamme suurimmista saavutuksista, ja sillä on syvällinen vaikutus lääketieteen tulevaisuuteen.

Asiattomille CRISPR-Cas9 on genomin muokkaustekniikka, jonka avulla tutkijat voivat muokata geenejä ennennäkemättömällä tarkkuudella, tehokkuudella ja joustavuudella. Se kehitettiin vuonna 2012, ja siitä lähtien se on pyyhkäissyt läpi biologian kentän kulovalkean tavoin.

Lyhenne CRISPR tulee sanoista Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Se ei todennäköisesti merkitse sinulle paljon, ellet ole biologi, mutta pähkinänkuoressa se viittaa adaptiiviseen immuunijärjestelmään. järjestelmä, jota mikrobit käyttävät puolustautuakseen tunkeutuvia viruksia vastaan ​​tallentamalla ja kohdistamalla niiden DNA sekvenssejä. Joitakin vuosia sitten tiedemiehet ymmärsivät, että tämä tekniikka voitaisiin käyttää uudelleen yksinkertaiseksi ja luotettavaksi tekniikaksi, jolla muokataan - elävissä soluissa - lähes minkä tahansa organismin genomia.

Ollakseni rehellinen, CRISPR ei ole ensimmäinen koskaan luotu genominmuokkaustyökalu. Aiemmin tiedemiehet saattoivat muokata geenejä TALENS- ja sinkkisorminukleaasien kaltaisilla prosesseilla. Nämä aiemmat tekniikat eivät kuitenkaan pidä kynttilää CRISPR: n yksinkertaisuutta vastaan. Molemmat edellyttävät, että tutkijat rakentavat mukautettuja proteiineja kullekin DNA-kohteelle - prosessi, joka vie paljon enemmän aikaa ja vaivaa kuin suhteellisen yksinkertainen RNA-ohjelmointi, jota CRISPR käyttää.

"Voimme tehdä kaiken tämän geenitekniikan ennenkin", selittää Josiah Zayner, biohakkeri ja biologi, "mutta aikaisemmat asiat, joita ihmiset käyttivät, kuten sinkkisorminukleaasit ja TALENS, oli muokattava proteiinilla taso. Joten jos haluat muokata jotain tietylle geenille, kestäisi kuusi kuukautta proteiinien muokkaaminen DNA: han sitomiseksi. Jos haluan tehdä CRISPR: n avulla uuden CRISPR-kokeen, voisin mennä verkkoon, mennä johonkin näistä DNA-synteesiyhtiöistä, tilata 100 erilaista asiaa, ja huomenna voisin tehdä kokeitani. Joten se meni kuudesta kuukaudesta siihen, että no - jotkut näistä yrityksistä toimittavat nyt yhdessä yössä - joten voit tehdä sen lisäksi 100 kertaa enemmän tutkimusta, mutta voit tehdä sen 100 kertaa nopeammin kuin ennen."

Yksinkertaisesti sanottuna CRISPR on poistanut joitakin suurimmista DNA-tutkijoiden edessä olevista esteistä kaikkialla maailmassa. Tulvat ovat nyt auki, ja kuka tahansa voi tehdä geenimuokkauksia.

CRISPR-Cas9-tekniikan kehittämistä edeltäneen vuosikymmenen aikana CRISPR mainittiin tieteellisissä julkaisuissa vain 200 kertaa. Se kolminkertaistui pelkästään vuonna 2014, emmekä näe merkkejä hidastumisesta lähiaikoina.

Pelkästään kahden viime vuoden aikana tutkijat ovat käyttäneet menestyksekkäästi CRISPR: ää suunnitteluun kasvit, jotka ovat immuuneja tiettyihin sienisairauksiin, hävittää HIV-1 infektoituneista hiiren soluista ja jopa suorittaa täysimittaista genomitekniikkaa.

Ja tämä on vasta alkua. Kun kirjoitan näitä sanoja, ensimmäiset geeninmuokkauskokeet ihmisillä ovat itse asiassa meneillään. Elokuussa ryhmä kiinalaisia ​​tutkijoita yrittää hoitaa syöpää sairastavaa potilasta ruiskuttamalla henkilöön CRISPR-Cas9-menetelmällä modifioituja soluja. Tarkemmin sanottuna tiimi aikoo ottaa valkosoluja potilailta, joilla on tietyntyyppinen keuhko syöpää, muokkaa niitä soluja niin, että ne hyökkäävät syöpää vastaan, ja tuoda ne sitten takaisin potilaan luo kehon. Jos kaikki menee suunnitellusti, muokatut solut metsästävät ja tappavat syöpäsoluja ja potilas paranee täysin.

Useita onnistuneita eläinkokeita viittaavat siihen, että CRISPR: llä on valtava potentiaali ihmisten sairauksien hoidossa. Mutta luultavasti CRISPR: n suurin vahvuus ei ole se, että se on niin yksinkertainen ja tehokas, vaan se, että tekniikasta on tullut niin helppokäyttöinen, että kaikki voivat käyttää sitä.

Tällä hetkellä Kaliforniassa toimivan bioteknologian toimituksen käynnistyksen ansiosta kuka tahansa, jolla on 140 dollaria, voi saada käsiinsä a tee-se-itse CRISPR-sarja ja aloita perusgeenien muokkauskokeiden tekeminen suoraan keittiössä laskuri. Zayner, yrityksen perustaja, toivoo, että näiden työkalujen antaminen kansalaistutkijoiden käsiin lisää kollektiivista DNA-tietoumme valtavasti.

"Siellä on niin monia ihmisiä, joilla on kaikki tämä tieto, taidot ja luovuus ja kyvyt, joita ei hyödynnetä", Zayner sanoi. ”Luin jostain, että maailmassa on tällä hetkellä yli 7 miljoonaa harrastaja-tietokoneohjelmoijaa – mikä on hullua, kun ottaa huomioon, että vuonna 1970 niitä tuskin riittäisi autotallin täyttämiseen. Mutta mitä tulee geenitekniikkaan ja DNA: han, olemme työstäneet näitä asioita pidempään, tai ainakin niin niin kauan kuin tietokoneita on ollut olemassa, mutta niitä harrastaa todennäköisesti vain muutama tuhat tutkijaa kokeiluja. Sitä haluan muuttaa. Missä lääketieteellinen maailmamme olisi, jos harrastajabiologia olisi 7 miljoonaa?”

Regeneratiivinen lääketiede kasvaa

Vuonna 1981 kaksi brittiläistä tiedemiestä teki valtavan läpimurron. Ensimmäistä kertaa koskaan he onnistuivat kasvattamaan alkion kantasoluja laboratoriossa. Kantasoluilla - solukittillä, josta kaikki kehon kudokset valmistetaan - on lähes loputon luettelo mahdollisista lääketieteellisistä sovelluksista, ja niiden löytämisestä lähtien tiedemiehet ovat laulaneet omaa kiitosta. Vuosien ajan meille on kerrottu, että kantasolututkimus tuo tulevaisuuden, jossa voimme kasvattaa kudoksia, elimiä ja jopa kokonaisia ​​raajoja. Mutta vaikka olemmekin tienneet niiden potentiaalin pitkään, vasta äskettäin keksimme, kuinka voimme todella käyttää kantasoluja yhteisen edun hyväksi.

Asia on, että törmäsimme muutamaan tiesulkuun matkan varrella. Sen jälkeen kun hiiren kantasoluja viljeltiin ensimmäisen kerran vuonna 1981, kesti vielä 18 vuotta ennen kuin tutkijat onnistuivat eristämään ihmisen alkion kantasoluja ja kasvattamaan niitä laboratoriossa. Kun tämä lopulta tapahtui, se hyväksyttiin yleisesti suurena saavutuksena – mutta sääntelyviranomaiset eivät ottaneet tätä uutta tekniikkaa vastaan ​​avosylin.

Vuonna 2001 Bushin hallinto asetti lamauttavia rajoituksia ihmisen kantasolututkimuksen rahoitukselle Yhdysvalloissa sillä perusteella, että kantasolujen luominen solut vaativat ihmisalkion tuhoamista (keskustelut abortista ja siitä, mistä elämä alkaa tai ei, olivat erittäin korkeaa profiilia aika). Tämä ei estänyt kehitystä tapahtumasta muualla maailmassa. Vuonna 2006 japanilainen tiedemies nimeltä Shinya Yamanaka kehitti tavan valmistaa alkion kaltaisia ​​soluja. aikuisista soluista – näin vältetään tarve tuhota alkio käyttökelpoisen, monipuolisen varren valmistamiseksi soluja.

Siitä eteenpäin kantasolututkimus on kasvanut kuin kantasolut. Kolme vuotta Yamanakan vuonna 2006 tekemän pluripotenttien kantasolujen ratkaisun jälkeen Obaman hallinto poisti Bushin hallinnon vuonna 2001 asettamat rahoitusrajoitukset kantasolututkimukselle. Yhtäkkiä tulvaportit avautuivat, ja sen jälkeen käytännössä joka vuosi on nähty jonkinlainen suuri läpimurto regeneratiivisessa lääketieteessä.

Vuonna 2010 tutkijat käyttivät ensimmäistä kertaa ihmisen alkion kantasoluja selkäytimen vamman hoitoon. Vuonna 2012 niitä käytettiin menestyksekkäästi a erilainen oikeudenkäynti ikään liittyvän silmänpohjan rappeuman sairastavan naisen hoitoon. Ja läpimurtoja tulee vain jatkuvasti. Tähän mennessä kantasoluihin liittyviä hoitoja on käytetty (tai parhaillaan tutkitaan) diabeteksen, Parkinsonin taudin, Alzheimerin, traumaattisen aivovaurion korjaaminen, hampaiden uudelleenkasvu, kuulon korjaus, haavan paraneminen ja jopa tiettyjen oppimisten hoito vammaisia.

Parin viime vuoden aikana tutkijat ovat jopa alkaneet tutkia tapoja käyttää kantasoluja yhdessä additiivinen valmistusmenetelmä, joka on synnyttänyt huippuluokan 3D-tekniikan biotulostus. Luomalla 3D-tulostimia rakennustelineisiin, joille voidaan istuttaa kantasoluja, tiedemiehet ovat saavuttaneet suuria harppauksia uusien raajojen, kudosten ja elinten kasvattamisessa ihmiskehon ulkopuolella. Toivomme, että jonain päivänä saavutamme pisteen, jossa voimme tulostaa varaosia näihin koneisiin ja sitten siirrä ne myöhemmin, mikä vähentää tai kokonaan eliminoi riippuvuutemme elimestä, raajasta ja kudoksesta lahjoittajia. Tämä tekniikka on vielä lapsenkengissään tässä vaiheessa, mutta se on myös upea esimerkki siitä, kuinka luonnontieteet pitävät biologia voi sulautua perinteisen rajojen ulkopuolella tapahtuvaan teknologiseen kehitykseen ja hyötyä siitä lääke.

Neurotieteen kulta-aika

Vuonna 2014, kun kuuluisa fyysikko ja futuristi Michio Kaku tunnetusti todettu että "olemme oppineet ajattelevista aivoista enemmän viimeisten 10-15 vuoden aikana kuin koko ihmiskunnan historian aikana", hän ei venyttänyt totuutta. Kallomme sisällä oleva sähköisesti sykkivien hermosolujen mehevä nippu on hämmentynyt tiedemiehiä vuosisatojen ajan – mutta suurelta osin Tietojenkäsittely-, tunnistus- ja kuvantamistekniikoiden kehityksen myötä ymmärryksemme ihmisaivoista on laajentunut dramaattisesti viime aikoina. vuotta.

Viime vuosikymmenten aikana kehitetty uusien kuvantamis- ja skannaustekniikoiden tulva on antanut tutkijoille mahdollisuuden tarkkailla aivoja enemmän kuin koskaan ennen. Voimme nyt nähdä ajatuksia, tunteita, kuumia kohtia ja kuolleita vyöhykkeitä elävien aivojen sisällä ja sitten aloittaa näiden ajatusten tulkitsemisen tehokkaiden tietokoneiden avulla.

Tällä on valtava vaikutus lääketieteen tulevaisuuteen. Mielisairaudet ja neurologiset vammat ovat yleisin vammaisuuden syy Yhdysvalloissa ja monissa muissa kehittyneissä maissa. National Alliance on Mental Illness -järjestön mukaan noin yksi viidestä ihmisestä kärsii jostain mielenterveysongelmasta. Mutta useiden uusien teknologioiden ansiosta, jotka ovat toteutuneet viimeisen vuosikymmenen aikana, opimme nopeasti hoitamaan kaikkea hermostoa rappeutuvista sairauksista, kuten Alzheimerin taudista ja ALS: stä, hämmentävämpiin tiloihin, kuten autismiin ja skitsofrenia.

Yksi erityisen lupaava viime aikoina noussut kehityskulku on optogenetiikan tulo - tekniikka, jonka avulla tutkijat voivat kytkeä yksittäisiä hermosoluja päälle tai pois päältä valolla. Ennen kuin tämä menetelmä oli täydellinen, normaalit menettelyt neuroverkkojen aktivoimiseksi tai hiljentämiseksi olivat suhteellisen karkeita. Sen määrittämiseksi, mikä hermosolujen ryhmä auttaa hiiriä esimerkiksi navigoimaan sokkeloissa, tutkijat lisäisivät elektrodit suoraan hiiren aivokudokseen, heiluttavat niitä ja stimuloivat tuhansia hermosoluja kerrallaan. Tämä menetelmä oli melko epätarkka, mikä teki hyödyllisen tiedon keräämisen melko vaikeaksi, mutta optogenetiikan avulla tutkijat voivat nyt sijoittaa valoherkkiä molekyylejä tiettyjä aivosoluja ja manipuloida niitä yksitellen – mikä helpottaa hermosolun (tai hermosoluverkoston) roolin määrittämistä käyttäytymisessä, tunteissa tai sairaus.

Neurotieteilijät kaikkialla maailmassa ovat nyt omaksuneet tekniikan. "Viime vuosikymmenen aikana sadat tutkimusryhmät ovat käyttäneet optogenetiikkaa oppiakseen kuinka erilaiset neuroniverkostot vaikuttavat käyttäytymiseen, havainto ja kognitio", sanoo Ed Boyden, biologisen tekniikan professori Massachusetts Institute of Technologysta ja toinen keksijä. optogenetiikka. "Tulevaisuudessa optogenetiikka antaa meille mahdollisuuden selvittää sekä kuinka eri aivosolut saavat aikaan tunteita, ajatuksia ja liikkeitä - että kuinka ne voivat mennä pieleen tuottamaan erilaisia ​​psykiatrisia häiriöitä."

Yhdistää pisteet

Kaiken kaikkiaan viimeiset 10 vuotta ovat olleet lääketieteen edistyksen pyörre - mutta ymmärtääksemme, kuinka lääketiede voi kehittyä seuraavan 10 vuoden aikana, on tärkeää ymmärtää paitsi kuinka nopeasti nämä lääketieteen taskut ovat edenneet yksittäin, myös kuinka ne alkavat lähentyä, sulautua yhteen ja ristipölyttää toisiaan. Kaikki aiemmin käsitellyt uskomattomat lääketieteen edistysaskeleet ja suuret muutokset eivät ole tyhjiössä. He eivät ole suljettuja toisistaan ​​tai muilta lääketieteen maailman ulkopuolella tapahtuvilta edistyksiltä. Sen sijaan monet niistä sulautuvat erittäin synergistisellä tavalla, mikä lopulta kiihdyttää lääketieteen yleistä edistystä entisestään.

Laskennallisen lääketieteen ja mobiiliteknologian meneillään oleva lähentyminen on yksi ilmeinen esimerkki, joka tapahtuu kahdessa eri mittakaavassa. Henkilökohtaisella tasolla yhä tehokkaammat prosessorit (sekä pilvilaskenta) antavat matkapuhelimille mahdollisuuden suorittaa monimutkaisempia tehtäviä, kuten myyrän kasvun tunnistaminen, joita voidaan käyttää lääketieteessä tarkoituksiin. Kollektiivisella tasolla kaikkea älypuhelimillamme ja puetettavilla antureillamme luomaamme lääketieteellistä dataa voidaan käyttää lääketieteellisten mysteerien paljastamiseen massiivisessa mittakaavassa.

"Todellinen vallankumous ei johdu siitä, että älypuhelimessa on oma turvallinen ja syvällinen lääketieteellinen tietovarasto", sanoo Scripps Translational Science Instituten johtaja Topol. ”Se tulee pilvestä, jossa voimme yhdistää kaikki yksilölliset tietomme. Kun tietotulva kootaan, integroidaan ja analysoidaan oikein, se tarjoaa valtavan uuden potentiaalin kahdella tasolla – yksilön ja väestön tasolla. Kun kaikki asiaankuuluvat tietomme on seurattu ja koneella käsitelty havaitaksemme monimutkaiset trendit ja vuorovaikutukset, joita kukaan ei pysty havaitsemaan yksin, voimme ennaltaehkäistä monia sairauksia."

Myöskään älypuhelimet ja laskennallinen lääketiede eivät lähenty. Lukemattomia eri aloja ja tekniikoita kohtaavat – mukaan lukien, mutta ei rajoittuen, neurotiede, geenien muokkaus, robotiikka, kantasolut, 3D-tulostus ja monet muut.

Jopa asiat, jotka näyttävät olevan hieman erillisiä - kuten DNA-sekvensointi ja neurotiede - yhdistyvät. Katsokaapa nyt, kuinka useimmat aivosairaudet diagnosoidaan. Vuosia sitten neurologisten ja psykiatristen häiriöiden diagnosointi vaati kalliita, invasiivisia toimenpiteitä, kuten biopsiaa ja selkäydintappia – mutta kiitos Nykyaikaisilla DNA-sekvensointitekniikoilla, jotka kehitettiin Human Genome Projectin jälkeen, voimme nyt diagnosoida samat sairaudet yksinkertaisella verellä testata. Tässä tapauksessa tietomme genetiikasta auttoivat edistämään tietämyksemme neurotieteestä - ja se on juuri tällaista ristipölytys, jota tapahtuu yhä enemmän, kun lääketieteen ja tekniikan eri osa-alueet edistyvät.

Maksaa terveydestä, ei hoidosta

Asia on siinä, että aivan kuten kaikki nämä lääketieteen ja tekniikan edistysaskeleet liittyvät toisiinsa, ne liittyvät myös selittämättömästi asioihin, kuten politiikkaan, lainsäädäntöön, talouteen ja jopa perinteisiin. Kaikki ei kulje tieteen ja teknologian huimaa tahtia, joten vaikka lääketieteen kehitys jatkuu todennäköisesti yhä nopeammin, on myös tärkeää muistaa, että uusien lääketieteellisten tekniikoiden käyttöönotto ei välttämättä aina tapahdu niin nopeasti.

Eräs erityisen suuri täytäntöönpanon tiellä oleva este on useimpien terveydenhuoltojärjestelmien nykyinen palvelumaksumalli. Tällaisessa järjestelmässä lääkärit saavat maksun jokaisesta tarjoamastaan ​​palvelusta – olipa kyseessä sitten vastaanottokäynti, testi, kirurginen toimenpide tai mikä tahansa muu terveyspalvelu. Tämä malli luo jonkinlaista eturistiriitaa, koska se kannustaa hoitojen käyttöön, ei välttämättä pidä ihmisiä terveinä.

Kuten tri Daniel Kraft, Singularity Universityn perustajajohtaja ja eksponentiaalisen lääketieteen johtaja, selittää, tämä rakenteellinen ongelma estää tehokkaasti siirtymisen teknisesti edistyneempään lääketieteeseen käytännöt.

"Olen lastenlääkäri", hän selittää, "joten jos ansaitsen osan rahoistani näkemällä lapsia, joilla on korvatulehdus, ja nyt voin lähettää heidät kotiin sovellus ja digitaalinen otoskooppi – mutta en voi laskuttaa siitä – minua ei kannusteta käyttämään tätä uudempaa ja tehokkaampaa tekniikkaa.”

Se on iso ongelma, mutta ei todellakaan sellainen, jota ei voi voittaa. Yksi asia, joka todennäköisesti nopeuttaa näiden uusien työkalujen ja menetelmien käyttöönottoa, on siirtyminen ns. "arvoon perustuva hoito". Kuten Kraft sanoo: "Tällaisen terveydenhuoltojärjestelmän lääkärit saisivat palkkaa pitääkseen sinut terveellisempää. Heidän kannustimena olisi pitää sinut poissa sairaalasta, kun he ovat kotiuttaneet sinut, eikä saada palkkaa useammista toimenpiteistä tai biopsiasta tai reseptejä." Arvopohjaisessa terveydenhuoltojärjestelmässä hän selittää: "lääkärit ja terveydenhuoltotiimit saattavat saada bonuksia, kun potilaat parempia verensokerilukuja tai vähemmän tarpeettomia päivystyskäyntejä tai niiden verenpainetta seurataan yhdistetyn verenpaineen avulla hihansuut.”

Siirtyminen nykyisestä palvelumaksumallistamme arvopohjaiseen hoitojärjestelmään ei todennäköisesti tapahdu yhdessä yössä – mutta se tapahtuu. Kourallinen suuria lääketieteellisiä organisaatioita, kuten Kaiser Permanente ja The Mayo Clinic, ovat alkaneet omaksua Tämä malli ja nykyaikaisten terveyden seurantatekniikoiden kasvava saatavuus painostavat muutosta entistä enemmän lisää.

"Datamallit muuttuvat", Kraft sanoo. "Kymmenen vuoden kuluttua valtaosa terveydenhuollosta maksetaan tulosten mukaan - jopa osa lääketieteellisistä laitteista, sovelluksista ja muista työkaluista maksetaan vain, kun ne ovat toimineet, ei vain siksi, että lääkäri on määrännyt niitä. Jos se on osa hoitoani ja minut palkitaan paremmista tuloksista tai alhaisemmista terveydenhuoltokustannuksista, otan paljon todennäköisemmin käyttöön nämä uudemmat, korkean teknologian työkalut."

Mitä on nurkan takana?

Pitää siis mielessä eksponentiaalinen edistymisvauhti sellaisilla aloilla kuin geenien muokkaus, eri kenttien ristipölytys ja tiesulut estää meitä ottamasta käyttöön uusia teknologioita niin nopeasti kuin ne edistyvät – mitä muutoksia meidän pitäisi odottaa näkevämme lääketieteessä seuraavan 10 vuoden aikana vuotta?

Luultavasti helpoimmin sulava vastaus tähän kysymykseen tulee tohtori Leroy Hoodilta ja hänen ajatuksestaan ​​P4-lääketieteestä, jossa P tarkoittaa ennakoivaa, ennaltaehkäisevää, henkilökohtaista ja osallistuvaa.

Seuraavan vuosikymmenen aikana lääketiede muuttuu luonteeltaan entistä ennakoivammaksi. Kun yhä useammat ihmiset omaksuvat kykynsä tallentaa ja seurata terveystietoja, ja kun näiden tietojen laajuus laajenee ja kykymme analysoida tätä dataa vahvistuu jatkuvasti, pystymme ennaltaehkäisemään monia erilaisia sairauksia. Nykyään meillä on sovellus, joka voi kertoa, milloin myyrä on vaarassa kehittyä pahanlaatuiseksi melanoomaksi. Huomenna meillä on sovelluksia, jotka analysoivat kävelytapoja löytääkseen MS-taudin varhaisia ​​merkkejä tai katsoaksesi taaksepäin ruokailutottumuksista viimeisen kolmen vuoden aikana ja kerro (tietenkin ystävällisellä ilmoituksella), että olet oikealla tiellä diabetes.

Nämä ennustuskyvyt perustuvat tietysti myös siihen ajatukseen, että lääketiede osallistuu lähivuosina yhä enemmän. Teknologian kehittyessä potilaat osallistuvat aktiivisemmin omaan terveydenhuoltoon ja tekevät yhteistyötä lääkäreiden kanssa pelkän tilauksen ottamisen sijaan.

"10 vuoden kuluttua", sanoo Kraft, "toivon, että olet jo ladannut viimeaikaiset elinmerkit - kellostasi tai patja, verenpainelukija tai glukoosimittari – sähköiseen sairauskertomustasi, jonka lääkäritiimisi on pääsy. Ja toivottavasti tämä tarkoittaa sitä, että lääkintätiimisi ei tarvitse tarkkailla elintoimintoja, mutta kun jokin näyttää pieleen ja kone ja "predicatlyitcs" aistivat, että on ongelmia, terveydenhuoltotiimisi – tai digitaalinen avatarisi – voi ottaa sinuun yhteyttä aikaisin. Toivon, että monilla potilailla on enemmän valtaa olla, jos ei oman terveytensä toimitusjohtaja, niin ainakin COO – joten he ovat seurata heidän terveyttään älykkäämmin ja olla enemmän perämiehiä heidän hoidossaan sen sijaan, että odotat kuulevansa mitä tehdä ja reaktiivinen."

Viime kädessä tämä siirtyminen osallistavampaan, henkilökohtaisempaan ja ennakoivampaan lääketieteen järjestelmään parantaa kykyämme estää sairauksien esiintyminen. Jos ruokavalion seurantaranneke voi synkronoida älyjääkaappisi kanssa ja määrittää, että olet syönyt runsaasti natriumia sisältäviä ruokia, Tekoälyllä toimiva digitaalinen terveysassistentti saattaa suositella ruokavaliomuutoksia, jotka pitkällä aikavälillä auttaisivat sinua välttämään sydänsairauksien kehittymistä vuosia myöhemmin.

Kuulostaa hassulta, mutta jos jatkamme nykyisellä radallamme, lääketieteen lähitulevaisuus voi itse asiassa olla tulevaisuus, jossa meidän ei tarvitse ottaa lääkkeitä.