Medicīnas nākotne: cilmes šūnas, gēnu tehnoloģija, pielāgota DNS

2008. gada vasarā pamanīju uz rokas dzimumzīmi, kas, šķiet, kļūst arvien lielāka.

Tomēr to bija grūti pateikt. Es nebiju pārliecināts, vai tas patiešām ir pieaudzis, vai arī es vienkārši satrakojos un bez iemesla esmu hipohondriķis, tāpēc nolēmu to pārbaudīt. Lai to izdarītu, man bija jāpiezvana klīnikai, jāsarunā tikšanās, jāpagaida dažas dienas un tad jābrauc uz ārsta kabinetu. Reiz es tur biju, sieviete ar vairāk nekā astoņus gadus ilgu specializēto medicīnisko izglītību skatījās uz kurmi ilgi, smagi un uzdeva man vairākus jautājumus par to, bet, kad tas viss bija pateikts un izdarīts, viņai nebija viennozīmīgas atbildes es. Tā vietā viņa mani vienkārši nosūtīja pie cita ārsta, kuram bija lielāka pieredze ar melanomu, un viss process sākās no jauna.

Galu galā tas nebija nekas, bet otrs ārsts man teica, lai es tam sekotu, lai būtu drošībā. Ātri uz priekšu astoņus gadus, un es joprojām tam sekoju, taču manas metodes ir kļuvušas nedaudz sarežģītākas. Tagad ik pēc dažiem mēnešiem es velku a viedtālrunis no manas kabatas, iedarbiniet lietojumprogrammu, ko sauc SkinVision, un uzņemiet kurmja attēlu. Dažu sekunžu laikā lietotne izmanto uzlabotus attēlu atpazīšanas algoritmus, lai analizētu attēla formu, izmēru un krāsu skarto zonu, pēc tam salīdzina to ar visiem attēliem, ko esmu uzņēmis iepriekš, lai novērtētu savu risku melanoma.

Ar tehnoloģiju palīdzību kaut ko, kas man kādreiz prasīja divas nedēļas un vairākas ārsta vizītes, tagad var veikt īsākā laikā, nekā nepieciešams, lai sasietu kurpes. Man joprojām ir prātā, ka tik radikāla pārveide prasīja mazāk nekā desmit gadus, tāpēc tagad ikreiz, kad es aktivizēju lietotni, es nevaru nedomāt, kādus panākumus mēs redzēsim nākamajā desmitgadē.

Kāda būs medicīna pēc desmit gadiem? Vai mūs operēs ķirurgi roboti, pēc pieprasījuma izaudzēsim jaunus orgānus un dzersim brīnumtabletes, kas mazina visas mūsu kaites? Vai pasaulē nāvējošākās slimības tiks izārstētas, vai arī mēs izdomāsim, kā tās novērst, pirms tās vispār notiks? Ir viegli spekulēt, kas notiks tālā nākotnē, bet kā ir ar tuvāko nākotni? Kādas brīnumainas lietas būs iespējamas – reāli – 2026. gadā?

Lai saprastu, vispirms ir jāatskatās uz tektoniskajām nobīdēm, kas notikušas pēdējo 10 gadu laikā un turpinās viļņot arī nākotnē. Lūk, kā tehnoloģija pēdējās desmitgades laikā ir radikāli pārveidojusi medicīnu, un apskatīsim dažus pārsteidzošos sasniegumus, kas gaidāmi nākamajā desmitgadē.

Veselības internets

2006. gadā nevienam nebija kabatā viedtālruņa. Bezvadu tīmeklis tik tikko bija dzimis, iPhone vēl nebija izlaists, un “valkājamās tehnoloģijas” vēl nebija pat daļa no tautas valodas. Ir pagājuši tikai 10 gadi, un visas šīs lietas ir praktiski visuresošas attīstītajā pasaulē.

Atšķirībā no citiem laikiem cilvēces vēsturē, cilvēki tagad staigā ar sensoriem aprīkotiem, internetam pieslēgtiem datoriem, kas vairāk vai mazāk piestiprināti pie ķermeņa. Šie datori ļauj mums ne tikai piekļūt veselības informācijas pasaulei, kad vien tā ir nepieciešama, bet arī izsekot mūsu personīgajai veselībai nepieredzēti jaunos veidos.

Pat lēts viedtālrunis var pārbaudīt jūsu sirdsdarbības ātrumu, saskaitīt jūsu veikto soļu skaitu vai uzraudzīt jūsu nakts miega kvalitāti. Ja jums ir nepieciešams kaut kas sarežģītāks, ir pieejami arī neskaitāmi pielikumi, kas var pārveidot jūsu mobilo ierīci par gandrīz jebkuru medicīnisku rīku, kas jums varētu būt nepieciešams. A ar viedtālruni darbināms otoskops var diagnosticēt ausu infekcijas, a viedais stetoskops var noteikt neparastu sirds ritmu, un a ar viedtālruni savienots molekulārais spektrometrs var pastāstīt par jebkuru pārtikas produktu vai tablešu ķīmisko sastāvu. Un tas ir tikai daži no tiem.

Lietojumprogramma SkinVision laika gaitā var izsekot ādas dzimumzīmei, lai aprēķinātu risku, ka tā ir melanoma. (Kredīts: SkinVision)

Šī neticamā lietotņu, sensoru un informācijas pārpilnība jau ir sākusi būtisku pāreju no tradicionālās medicīnas prakses.

"Būtībā tas, ko mēs redzam, ir cilvēku digitalizācija," saka Dr. Ēriks Topols, kardiologs un Scripps Translational Science Institute direktors. "Visi šie jaunie rīki sniedz jums iespēju būtībā kvantificēt un digitalizēt katra cilvēka medicīnisko būtību. Un tā kā pacienti lielāko daļu šo datu ģenerē paši, jo viņu viedtālruņi ir medikalizēti, viņi ieņem galveno vietu ārsta vietā. Un, izmantojot viedus algoritmus, kas palīdz interpretēt savus datus, viņi, ja vēlas, var atbrīvoties no tradicionālās veselības aprūpes slēgtās pasaules.

Raugoties nākotnē, Topol uzskata, ka viedtālruņi radikāli mainīs cilvēku ārstu lomu veselības aprūpes sistēmā. "Šie rīki var samazināt mūsu ārstu izmantošanu, samazināt izmaksas, paātrināt aprūpes tempu un dot pacientiem vairāk pilnvaru," viņš skaidro. "Tā kā pacienti ģenerē vairāk medicīnisko datu un apstrādā datori, liela daļa medicīnas diagnostikas un uzraudzības aspektu tiks novirzīti no ārstiem. Pacients sāks uzņemties atbildību, vēršoties pie ārstiem galvenokārt pēc ārstēšanas, norādījumiem, gudrības un pieredzes. Šie ārsti nerakstīs rīkojumus; viņi sniegs padomu. ”

Medicīna, iepazīstieties ar datorzinātnēm

Datoriem ir sena vēsture medicīnas jomā. Slimnīcas ir izmantojušas tos, lai izsekotu medicīnisko ierakstu un uzraudzītu pacientus kopš pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem, bet skaitļošanas medicīna, tas ir, izmantojot datoru modeļi un sarežģīta programmatūra, lai noskaidrotu, kā slimība attīstās, ir bijusi tikai salīdzinoši neilgu laiku laiks. Tikai pagājušajā desmitgadē, kad datori kļuva ievērojami jaudīgāki un pieejamāki, skaitļošanas medicīnas joma patiešām sāka pacelties.

2005. gadā dibinātā Džona Hopkinsa Universitātes Datormedicīnas institūta direktors doktors Raimonds Vinslovs stāsta, ka pēdējos gados “laukums ir eksplodējis. Ir pilnīgi jauna cilvēku kopiena, kas tiek apmācīta matemātikā, datorzinātnēs un inženierzinātnēs, un viņi tiek apmācīti arī bioloģijā. Tas ļauj viņiem sniegt pilnīgi jaunu skatījumu uz medicīnisko diagnostiku un ārstēšanu.

Tagad mēs esam sākuši iesaistīt mašīnu palīdzība, lai analizētu milzīgus datu apjomus, atpazītu modeļus un veiktu prognozes, ko neviens cilvēks nevarētu pat saprast.

"Slimības skatīšanās caur tradicionālās bioloģijas objektīvu ir kā mēģinājums salikt ļoti sarežģītu puzli ar lielu skaitu gabalu," skaidro Vinslovs. “Rezultāts var būt ļoti nepilnīgs attēls. Datormedicīna var palīdzēt jums redzēt, kā puzles gabali sader kopā, lai iegūtu holistiskāku priekšstatu. Iespējams, ka mums nekad nebūs visu trūkstošo gabalu, taču mēs galu galā iegūsim daudz skaidrāku priekšstatu par to, kas izraisa slimību un kā to ārstēt.

Salīdzinoši īsā laikā skaitļošanas medicīna ir izmantota, lai paveiktu dažas diezgan neticamas lietas - piemēram, precīzi noteikt kolorektālā vēža, olnīcu vēža un vairāku sirds un asinsvadu slimību gēnu un olbaltumvielu marķierus. slimības.

Pēdējā laikā šī joma ir pat sākusi attīstīties ārpus slimību modelēšanas. Tā kā mūsu skaitļošanas spējas gadu gaitā ir paplašinājušās, ir paplašinājušies arī veidi, kā zinātnieki izmanto šīs spējas. Zinātnieki tagad izmanto tādas tehnoloģijas kā dziļās mācīšanās algoritmi un mākslīgais intelekts, lai iegūtu informāciju no avotiem, kas citādi ir bezjēdzīgi vai nepieejami.

Ņemiet, piemēram, Dr. Gunnaru Rēču no Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Viņš un viņa komanda nesen izmantoja aprēķinus, lai pilnīgi neparastā veidā atklātu vēža noslēpumus. Tā vietā, lai izveidotu slimības modeli, lai to izprastu bioloģiskā līmenī, Rätcsh un viņa komanda izveidoja mākslīgi inteliģenta programmatūra, kas spēj nolasīt un saprast simtiem miljonu ārstu informāciju piezīmes. Salīdzinot šīs piezīmes un analizējot attiecības starp pacienta simptomiem, slimības vēsturi, ārstu novērojumiem un dažādos ārstēšanas kursos, programma varēja atrast sakarības un asociācijas, kuras cilvēku ārstiem varētu nebūt pamanīja.

"Cilvēka prāts ir ierobežots," skaidro Rätsch, "tāpēc jums ir jāizmanto statistika un datorzinātne."

Un Ratsch nav vienīgais, kas domā ārpus kastes. Izmantojot jaudīgus jaunus datorus, daudz jaunu datu un neskaitāmas gudras jaunas pieejas, pētnieki izstrādā pilnīgi atšķirīgus veidus, kā risināt sarežģītas medicīniskās problēmas.

Piemēram, pētnieki nesen izstrādāja mašīnmācības algoritmu, kas izseko slimības izplatību, vietnē Twitter meklējot ģeomarķētus tvītus par slimošanu. Analizējot šos datus, epidemiologi var precīzāk paredzēt, kur varētu izplatīties tādi vīrusi kā gripa, kas palīdz veselības aizsardzības ierēdņiem efektīvāk izvietot vakcīnas.

Citā pētījumā pētnieki apmācīja mākslīgo neironu tīklu, lai atpazītu MRI skenēšanas modeļus, kas galu galā izraisīja sistēma, kas varēja ne tikai noteikt Alcheimera slimību, bet arī paredzēt, kad slimība varētu parādīties citādi veseliem cilvēkiem pacients.

Mums ir arī algoritmi, kas to spēj diagnosticēt depresiju un trauksmi analizējot runas modeļus un pat prognozēt Ebolas izplatību analizējot inficēto sikspārņu migrācijas aktivitāti. Un saraksts turpinās. Šie ir tikai daži plašākas tendences piemēri. Datortehnika šobrīd ir iebrukusi desmitiem dažādu medicīnas profesiju, un tā turpinās izplest pirkstus, līdz sasniegs visus medicīnas pētījumu un prakses stūrus.

Gēnu rediģēšana

Jebkura diskusija par nozīmīgākajiem sasniegumiem, kas notikuši pēdējo 10 gadu laikā, būtu nožēlojami nepilnīga, ja nebūtu minēts CRISPR-Cas9. Šis vienīgais paņēmiens neapšaubāmi ir viens no lielākajiem mūsu laika sasniegumiem, un tam būs liela ietekme uz medicīnas nākotni.

Nezinātājiem CRISPR-Cas9 ir genoma rediģēšanas tehnika, kas ļauj zinātniekiem rediģēt gēnus ar nepieredzētu precizitāti, efektivitāti un elastību. Tas tika izstrādāts 2012. gadā, un kopš tā laika bioloģijas jomā ir izplatījies kā ugunsgrēks.

Akronīms CRISPR apzīmē Clustered Regularly Interspaced Short palindromic Repeats. Tas, iespējams, jums neko daudz nenozīmē, ja vien neesat biologs, bet īsumā tas attiecas uz adaptīvo imūnsistēmu sistēma, ko mikrobi izmanto, lai aizsargātos pret iebrūkošajiem vīrusiem, reģistrējot un mērķējot uz to DNS sekvences. Pirms dažiem gadiem zinātnieki saprata, ka šo paņēmienu var pārveidot par vienkāršu un uzticamu paņēmienu, lai rediģētu gandrīz jebkura organisma genomu dzīvās šūnās.

Taisnības labad jāsaka, ka CRISPR nav pirmais genoma rediģēšanas rīks, kas jebkad ir izveidots. Agrāk zinātnieki varēja rediģēt gēnus ar tādiem procesiem kā TALENS un cinka pirkstu nukleāzes. Tomēr šīs iepriekšējās metodes nepieļauj CRISPR vienkāršību. Abiem ir nepieciešams, lai zinātnieki izveidotu pielāgotus proteīnus katram DNS mērķim - process, kas prasa daudz vairāk laika un pūļu nekā salīdzinoši vienkāršā RNS programmēšana, ko izmanto CRISPR.

"Mēs varējām darīt visas šīs gēnu inženierijas lietas iepriekš," skaidro Džosija Zainers, biohakeris un biologs, "bet Iepriekšējās lietas, ko cilvēki izmantoja, piemēram, cinka pirkstu nukleāzes un TALENS, bija jākonstruē uz proteīna līmenī. Tātad, ja vēlaties kaut ko konstruēt noteiktam gēnam, jums būs nepieciešami seši mēneši, lai izstrādātu proteīnus, kas saistītu DNS. Ar CRISPR, ja es vēlos veikt jaunu CRISPR eksperimentu, es varētu doties tiešsaistē, doties uz kādu no šiem DNS sintēzes uzņēmumiem, pasūtīt 100 dažādas lietas, un rīt es varētu veikt savus eksperimentus. Tā pagāja no sešiem mēnešiem līdz labi — daži no šiem uzņēmumiem tagad piegādā vienu nakti — tāpēc jūs varat ne tikai veikt 100 reizes vairāk pētījumu, bet arī 100 reizes ātrāk nekā iepriekš.

Vienkārši sakot, CRISPR ir samazinājis dažus no lielākajiem šķēršļiem DNS pētnieku priekšā visā pasaulē. Slūžas tagad ir atvērtas, un ikviens var veikt gēnu rediģēšanu.

Desmitgadē pirms CRISPR-Cas9 tehnikas izstrādes CRISPR tika minēts zinātniskās publikācijās tikai 200 reizes. Tas ir trīskāršojies tikai 2014. gadā, un mēs neredzam nekādas pazīmes, kas tuvākajā laikā varētu samazināties.

Tikai pēdējo divu gadu laikā pētnieki ir veiksmīgi izmantojuši CRISPR, lai izstrādātu kultūraugi, kas ir imūni noteiktām sēnīšu slimībām, izskaust HIV-1 no inficētām peles šūnām un pat veikt pilna mēroga genoma inženieriju.

Un tas ir tikai sākums. Rakstot šos vārdus, faktiski notiek pirmie gēnu rediģēšanas izmēģinājumi ar cilvēkiem. Augustā Ķīnas pētnieku grupa mēģinās ārstēt pacientu ar vēzi, injicējot cilvēkam šūnas, kas modificētas, izmantojot CRISPR-Cas9 metodi. Konkrētāk, komanda plāno ņemt baltās asins šūnas no pacientiem ar noteikta veida plaušām vēzi, rediģējiet šīs šūnas tā, lai tās uzbrūk vēzim, un pēc tam atkal ievadiet tās pacienta ķermenī ķermeni. Ja viss notiks, kā plānots, inženierijas šūnas medīs un nogalinās vēža šūnas, un pacients pilnībā atveseļosies.

Vairāki veiksmīgi izmēģinājumi ar dzīvniekiem liecina, ka CRISPR ir milzīgs potenciāls cilvēku slimību ārstēšanā. Taču neapšaubāmi lielākā CRISPR priekšrocība nav tā, ka tā ir tik vienkārša un efektīva, bet gan tas, ka tehnika ir kļuvusi tik pieejama, ka to var izmantot ikviens.

Šobrīd, pateicoties biotehnoloģiju piegādes uzsākšanai Kalifornijā, ikviens, kuram ir 140 $, var iegūt a dari pats CRISPR komplektu un sāc veikt pamata gēnu rediģēšanas eksperimentus tieši virtuvē skaitītājs. Uzņēmuma dibinātājs Zeiners cer, ka šo rīku nodošana pilsoņu zinātnieku rokās ievērojami uzlabos mūsu kolektīvās zināšanas par DNS.

"Ir tik daudz cilvēku ar visām šīm zināšanām un prasmēm, radošumu un spējām, kuras netiek izmantotas," sacīja Zeiners. “Es kaut kur lasīju, ka šobrīd pasaulē ir vairāk nekā 7 miljoni datorprogrammētāju hobiju — tas ir traki, ja ņem vērā, ka 1970. gadā viņu tik tikko pietika, lai aizpildītu garāžu. Bet, runājot par gēnu inženieriju un DNS, mēs esam strādājuši pie šīm lietām ilgāk vai vismaz kā tik ilgi, kamēr pastāv datori, tomēr, iespējams, ar to nodarbojas tikai daži tūkstoši zinātnieku, kas nodarbojas ar hobiju eksperimentiem. Tas ir tas, ko es vēlos mainīt. Kur būtu mūsu medicīnas pasaule, ja būtu 7 miljoni hobiju biologu?

Atjaunojošā medicīna aug

1981. gadā divi Apvienotās Karalistes zinātnieki veica milzīgu izrāvienu. Pirmo reizi viņiem izdevās izaudzēt embrionālās cilmes šūnas laboratorijā. Cilmes šūnām — šūnu tepei, no kuras tiek izgatavoti visi ķermeņa audi — ir gandrīz bezgalīgs saraksts potenciālo medicīnisko pielietojumu, un kopš to atklāšanas zinātnieki ir dziedājuši savus slavē. Gadiem ilgi mums ir teikts, ka cilmes šūnu izpēte radīs nākotni, kurā mēs varēsim atjaunot audus, orgānus un pat pilnas ekstremitātes. Bet, lai gan mēs jau sen zinām to potenciālu, tikai nesen mēs sapratām, kā patiesi izmantot cilmes šūnas mūsu kolektīvās priekšrocības.

Lieta tāda, ka pa ceļam mēs uzduramies dažiem ceļa šķēršļiem. Pēc tam, kad 1981. gadā pirmo reizi tika kultivētas peļu cilmes šūnas, zinātniekiem bija nepieciešami vēl 18 gadi, lai veiksmīgi izolētu cilvēka embrija cilmes šūnas un izaudzētu tās laboratorijā. Kad tas beidzot notika, tas tika vispāratzīts kā monumentāls sasniegums, taču regulatori šo jauno tehnoloģiju neuztvēra ar atplestām rokām.

2001. gadā Buša administrācija noteica ierobežojošus ierobežojumus finansējumam cilvēka cilmes šūnu pētniecībai ASV, pamatojoties uz to, ka cilmes šūnu radīšana. šūnām bija jāiznīcina cilvēka embrijs (debates par abortiem un to, kur sākas vai nesākas dzīvība, bija ļoti skaļas laiks). Tas neapturēja progresu citās pasaules daļās. 2006. gadā japāņu zinātnieks, vārdā Shinya Yamanaka, izstrādāja veidu, kā izveidot embrijam līdzīgas šūnas. no pieaugušām šūnām — tādējādi izvairoties no nepieciešamības iznīcināt embriju, lai izveidotu lietojamu, daudzpusīgu stublāju šūnas.

Cilmes šūnas sniedz zinātniekiem veidu, kā atjaunot audus, kas iepriekš tika uzskatīti par zaudētiem uz visiem laikiem. (Kredīts: Huans Gērtners/123RF)

Kopš tā brīža cilmes šūnu pētījumi ir pieauguši tāpat kā cilmes šūnas. Trīs gadus pēc Jamanakas pluripotento cilmes šūnu risinājuma 2006. gadā Obamas administrācija atcēla Buša administrācijas 2001. gada finansējuma ierobežojumus, kas tika noteikti cilmes šūnu pētījumiem. Pēkšņi atvērās slūžas, un kopš tā laika praktiski katru gadu ir noticis kāds būtisks izrāviens reģeneratīvajā medicīnā.

2010. gadā pirmo reizi zinātnieki izmantoja cilvēka embrionālās cilmes šūnas, lai ārstētu cilvēku ar muguras smadzeņu traumu. 2012. gadā tos veiksmīgi izmantoja a atšķirīgs izmēģinājums lai ārstētu sievieti ar vecumu saistītu makulas deģenerāciju. Un izrāvieni tikai nāk. Līdz šim ar cilmes šūnām saistītas terapijas ir izmantotas (vai tiek pētītas) diabēta, Parkinsona slimības, Alcheimera slimības, traumatisku smadzeņu traumu labošana, zobu ataugšana, dzirdes labošana, brūču dzīšana un pat noteiktu mācīšanās gadījumu ārstēšana invaliditāti.

Pēdējo pāris gadu laikā pētnieki pat ir sākuši pētīt veidus, kā izmantot cilmes šūnas kopā ar piedevu ražošanas metodes, kas ir radījusi visprogresīvāko tehniku, kas pazīstama kā 3D biodrukāšana. Izmantojot 3D printerus, lai izveidotu sastatnes, uz kurām var stādīt cilmes šūnas, zinātnieki ir guvuši lielus panākumus jaunu ekstremitāšu, audu un orgānu audzēšanā ārpus cilvēka ķermeņa. Cerams, ka kādu dienu mēs sasniegsim punktu, kurā varēsim izdrukāt rezerves daļas šajās iekārtās un tad pēc tam tos pārstāda, tādējādi samazinot vai pilnībā likvidējot mūsu atkarību no orgāniem, ekstremitātēm un audiem donoriem. Šis paņēmiens šobrīd vēl ir sākumstadijā, taču tas ir arī brīnišķīgs piemērs tam, kā patīk dabaszinātnes bioloģija var saplūst ar tehnoloģiju attīstību un gūt labumu no tām, kas notiek ārpus tradicionālās robežas medicīna.

Neirozinātnes zelta laikmets

2014. gadā, kad slavenais fiziķis un futūrists Mičio Kaku slaveni teikts ka "pēdējo 10 līdz 15 gadu laikā mēs esam uzzinājuši vairāk par domājošām smadzenēm nekā visā cilvēces vēsturē", viņš neizteica patiesību. Mīkstais elektriski pulsējošo neironu saišķis mūsu galvaskausos ir mulsinājis zinātniekus gadsimtiem ilgi, bet lielā mērā pateicoties sasniegumi skaitļošanas, sensoru un attēlveidošanas tehnoloģijās, mūsu izpratne par cilvēka smadzenēm pēdējo dažu gadu laikā ir ievērojami paplašinājusies gadiem.

Pēdējo desmitgažu laikā izstrādāto jaunu attēlveidošanas un skenēšanas tehnoloģiju virkne ir ļāvusi zinātniekiem novērot smadzenes kā nekad agrāk. Tagad mēs varam redzēt domas, emocijas, karstos punktus un mirušās zonas dzīvajās smadzenēs un pēc tam sākt šo domu atšifrēšanas procesu, izmantojot jaudīgus datorus.

Tam ir milzīga ietekme uz medicīnas nākotni. Garīgās slimības un neiroloģiski traucējumi ir galvenais invaliditātes cēlonis ASV un daudzās citās attīstītajās valstīs. Saskaņā ar Nacionālās garīgo slimību alianses datiem aptuveni 1 no 5 cilvēkiem cieš no kāda veida garīgās veselības problēmām. Taču, pateicoties vairākām jaunajām tehnoloģijām, kas ir kļuvušas par pilnu pēdējo desmit gadu laikā, mēs ātri iemācāmies ārstēt viss, sākot no neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, Alcheimera un ALS, līdz mulsinošākiem stāvokļiem, piemēram, autismam un šizofrēnija.

Viens īpaši daudzsološs notikums, kas nesen parādījās, ir optoģenētikas parādīšanās - tehnika, kas ļauj zinātniekiem ar gaismu ieslēgt vai izslēgt atsevišķus neironus. Pirms šīs metodes pilnveidošanas standarta procedūras neironu tīklu aktivizēšanai vai klusināšanai bija salīdzinoši neapstrādātas. Piemēram, lai noteiktu, kura neironu grupa palīdz pelēm pārvietoties labirintos, zinātnieki to ievietos elektrodus tieši peles smadzeņu audos, nedaudz satricina un stimulē tūkstošiem neironu laikā. Šī metode bija diezgan neprecīza, kas apgrūtināja noderīgu datu vākšanu, taču, izmantojot optoģenētiku, zinātnieki tagad var ievietot gaismas jutīgas molekulas. specifiskām smadzeņu šūnām un manipulēt ar tām atsevišķi — tādējādi ir daudz vieglāk noteikt neirona (vai neironu tīkla) lomu uzvedībā, emocijās vai slimība.

Optoģenētika ļauj zinātniekiem ar gaismu atsevišķi ieslēgt un izslēgt smadzeņu šūnas. (Kredīts: Robinsona laboratorija)

Neirozinātnieki visā pasaulē tagad ir pieņēmuši šo tehniku. "Pēdējo desmit gadu laikā simtiem pētniecības grupu ir izmantojušas optoģenētiku, lai uzzinātu, kā dažādi neironu tīkli veicina uzvedību, uztvere un izziņa,” saka Eds Boidens, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta bioloģiskās inženierijas profesors un līdzizgudrotājs. optoģenētika. "Nākotnē optoģenētika ļaus mums atšifrēt gan to, kā dažādas smadzeņu šūnas izraisa jūtas, domas un kustības, gan arī to, kā tās var noiet greizi, lai radītu dažādus psihiskus traucējumus."

Punktu savienošana

Pēc visa spriežot, pēdējie 10 gadi ir bijuši medicīnas progresa virpulis, taču, lai saprastu, kā medicīna varētu attīstīties nākamajos 10 gados, ir svarīgi saprast ne tikai to, cik ātri šīs medicīnas kabatas ir attīstījušās atsevišķi, bet arī to, kā tās sāk saplūst, saplūst un savstarpēji apputeksnēt viena otru. Visi neticamie medicīnas sasniegumi un lielās pārmaiņas, par kurām tika runāts iepriekš, nepastāv vakuumā. Tie nav aizvērti viens no otra vai citiem sasniegumiem, kas notiek ārpus medicīnas pasaules. Tā vietā daudzi no tiem saplūst ļoti sinerģiski, kas galu galā vēl vairāk palielina vispārējo medicīnas progresa tempu.

Pastāvīgā skaitļošanas medicīnas un mobilo tehnoloģiju konverģence ir viens acīmredzams piemērs, kas notiek divos dažādos mērogos. Personiskā līmenī arvien jaudīgāki procesori (kā arī mākoņdatošana) ļauj mobilajiem tālruņiem to darīt veikt sarežģītākus uzdevumus, piemēram, dzimumzīmju augšanas atpazīšanu, ko var izmantot medicīnā mērķiem. Kolektīvā līmenī visus medicīniskos datus, ko veidojam ar saviem viedtālruņiem un valkājamiem sensoriem, var izmantot, lai plašā mērogā atklātu medicīnas noslēpumus.

"Īsta revolūcija nerodas no savas drošas, padziļinātas medicīnas datu noliktavas viedtālrunī," saka Topols, Scripps Translational Science Institute direktors. “Tas nāk no mākoņa, kur mēs varam apvienot visus savus individuālos datus. Kad šie datu plūdi ir pareizi apkopoti, integrēti un analizēti, tie piedāvās milzīgu, jaunu potenciālu divos līmeņos — indivīda un iedzīvotāju kopumā. Kad visi mūsu būtiskie dati tiks izsekoti un apstrādāti ar mašīnu, lai atklātu sarežģītās tendences un mijiedarbības, kuras neviens nevarētu atklāt viens pats, mēs varēsim novērst daudzas slimības.

Un arī saplūst ne tikai viedtālruņi un skaitļošanas medicīna. Saplūst neskaitāmas dažādas jomas un tehnoloģijas, tostarp, bet ne tikai, neirozinātne, gēnu rediģēšana, robotika, cilmes šūnas, 3D drukāšana un daudzas citas.

Pat lietas, kas šķietami ir nedaudz atšķirīgas, piemēram, DNS sekvencēšana un neirozinātne, apvienojas. Paskatieties, kā mēs tagad diagnosticējam lielāko daļu smadzeņu darbības traucējumu. Pirms gadiem neiroloģisko un psihisko traucējumu diagnosticēšanai bija nepieciešamas dārgas, invazīvas procedūras, piemēram, biopsijas un mugurkaula piesitumi, taču, pateicoties mūsdienu DNS sekvencēšanas metodes, kas tika izstrādātas pēc Cilvēka genoma projekta, tagad mēs varam diagnosticēt šīs pašas slimības ar vienkāršu asinīm. pārbaude. Šajā gadījumā mūsu zināšanas par ģenētiku palīdzēja uzlabot mūsu zināšanas par neirozinātni, un tas ir tieši šāda veida savstarpēja apputeksnēšana, kas notiek arvien vairāk, jo dažādas medicīnas un tehnoloģiju nozares kļūst arvien progresīvākas.

Maksājot par veselību, nevis ārstēšanu

Lieta ir tāda, ka tāpat kā visi šie medicīnas un tehnoloģiskie sasniegumi ir savstarpēji saistīti, tie ir arī neizskaidrojami saistīti ar tādām lietām kā politika, likumdošana, ekonomika un pat tradīcijas. Ne viss virzās zinātnes un tehnoloģiju ārkārtējā tempā, tāpēc, lai gan medicīnas attīstība, visticamāk, turpināsies arvien straujāk, ir arī svarīgi atcerēties, ka jaunu medicīnas metožu ieviešana ne vienmēr var notikt kā ātri.

Viens īpaši liels šķērslis, kas kavē ieviešanu, ir pašreizējais maksas par pakalpojumu modelis, ko izmanto lielākā daļa veselības aprūpes sistēmu. Saskaņā ar šādu sistēmu ārsti saņem samaksu par katru sniegto pakalpojumu — vai tas būtu biroja apmeklējums, pārbaude, ķirurģiska procedūra vai jebkāds cits veselības pakalpojums. Šis modelis rada interešu konfliktu, jo tas stimulē ārstēšanu, ne vienmēr saglabājot cilvēku veselību.

Dr. Daniels Krafts, Singularity University dibinātājs izpilddirektors un eksponenciālās medicīnas vadītājs, skaidro, šī strukturālā problēma efektīvi attur pāreju uz tehnoloģiski progresīvāku medicīnu prakses.

"Es esmu pediatrs," viņš paskaidro, "tāpēc, ja es nopelnīšu naudu, redzot bērnus ar ausu infekcijām, un tagad varu nosūtīt viņus mājās ar lietotne un digitālais otoskops — bet es nevaru par to iekasēt rēķinu — es netikšu mudināts izmantot šo jaunāko, efektīvāko tehnoloģija.”

CellScope Oto izmanto viedtālruņa kameru, lai ielūkotos iekšējā ausī un nosūtītu iegūtos attēlus ārstam. (Kredīts: CellScope

Tā ir liela problēma, taču tā noteikti nav tāda, kuru nevarētu pārvarēt. Viena lieta, kas, iespējams, paātrinās šo jauno rīku un metožu ieviešanu, ir pāreja uz tā saukto "uz vērtībām balstīta aprūpe." Kā saka Krafts: "Ārsti šādā veselības aprūpes sistēmā saņemtu samaksu, lai jūs paturētu veselīgāk. Viņu stimuls būtu neļaut jums atrasties slimnīcā, kad viņi jūs izrakstīs, nevis saņemt samaksu par vairākām procedūrām vai biopsijām vai receptes." Uz vērtībām balstītā veselības aprūpes sistēmā viņš skaidro: "ārsti un veselības aprūpes komandas var saņemt prēmijas, ja pacienti labāks cukura līmenis asinīs vai mazāk ER apmeklējumu, kas bija nevajadzīgi, vai viņu asinsspiediens tiek kontrolēts, izmantojot savienotu asinsspiedienu aproces.”

Pāreja no mūsu pašreizējā maksas par pakalpojumu modeļa uz uz vērtībām balstītu aprūpes sistēmu, visticamāk, nenotiks vienas nakts laikā, taču tā notiek. Saujiņa lielu medicīnas organizāciju, piemēram, Kaiser Permanente un The Mayo Clinic, ir sākušas aptvert Šis modelis, kā arī pieaugošā moderno veselības izsekošanas tehnoloģiju pieejamība arvien vairāk nospiež maiņu un vairāk.

"Datu modeļi mainās," saka Krafts. "Pēc desmit gadiem lielākā daļa veselības aprūpes tiks apmaksāta atkarībā no iznākuma - pat daži medicīniskie Ierīces, lietotnes un citi rīki saņems samaksu tikai tad, kad tie ir strādājuši, nevis tikai tāpēc, ka ārsts ir izrakstījis viņiem. Ja tā ir daļa no manas aprūpes un man tiek piešķirta balva par labākiem rezultātiem vai zemākām veselības aprūpes izmaksām, es daudz vairāk izmantošu šos jaunākos, augsto tehnoloģiju rīkus.

Kas ir aiz stūra?

Tāpēc paturot prātā eksponenciālo progresa tempu tādās jomās kā gēnu rediģēšana, dažādu lauku savstarpēja apputeksnēšana un šķēršļi neļaut mums pieņemt jaunas tehnoloģijas tik ātri, kā tās attīstās — kādas izmaiņas mums vajadzētu sagaidīt medicīnā nākamo 10 gadu laikā gadiem?

Iespējams, visvieglāk sagremojamo atbildi uz šo jautājumu sniedz doktors Lerojs Huds un viņa ideja par P4 medicīnu, kurā P apzīmē: prognozējošs, preventīvs, personalizēts un līdzdalīgs.

Nākamās desmitgades laikā medicīna kļūs arvien prognozējošāka. Tā kā arvien vairāk cilvēku izmanto savu spēju reģistrēt un izsekot veselības datus, un šo datu apjoms paplašinās un mūsu spēja analizēt šos datus kļūst arvien spēcīgāka, mēs spēsim novērst plašu dažādu datu klāstu slimības. Šodien mums ir lietotne, kas var pateikt, kad dzimumzīmei ir risks kļūt par ļaundabīgu melanomu. Rīt mums būs lietotnes, kas analizēs gaitas modeļus, lai atrastu agrīnās multiplās sklerozes pazīmes vai atskatītos uz jūsu ēšanas paradumus pēdējo trīs gadu laikā un informēt jūs (protams, ar draudzīgu paziņojumu), ka esat ceļā uz cukura diabēts.

Šīs prognozēšanas spējas, protams, ir arī balstītas uz domu, ka medicīna tuvākajos gados kļūs arvien līdzdalīgāka. Tehnoloģijām attīstoties, pacienti aktīvāk iesaistīsies savā veselības aprūpē, sadarbosies ar ārstiem, nevis tikai pieņems pasūtījumus.

"Pēc 10 gadiem," saka Krafts, "es ceru, ka jūs jau būsiet augšupielādējis savas nesenās dzīvības pazīmes — no sava pulksteņa vai matraci vai asinsspiediena lasītāju, vai glikozes mērītāju — savā elektroniskajā medicīniskajā kartē, kas ir jūsu medicīnas komandai. piekļuve. Un, cerams, tas nozīmē, ka jūsu medicīnas komandai nav jāseko dzīvībai svarīgām pazīmēm, bet, ja kaut kas šķiet nepareizi un mašīna un “predicatlyitcs” jūt, ka ir problēmas, jūsu veselības aprūpes komanda vai digitālais iemiesojums var ar jums sazināties. agri. Es ceru, ka daudz vairāk pacientu ir vairāk pilnvaroti būt, ja ne par savas veselības izpilddirektoru, tad vismaz par COO, tāpēc viņi ir gudrāk sekot līdzi savai veselībai un būt viņu aprūpē vairāk līdzpilotu, nevis tikai gaidīt, lai uzzinātu, ko darīt un ko darīt. reaģējošs."

Galu galā šī pāreja uz līdzdalīgāku, personalizētāku un prognozējamāku medicīnas sistēmu vispirms veicinās mūsu spēju novērst slimību rašanos. Ja jūsu uztura izsekošanas aproce var sinhronizēties ar viedo ledusskapi un noteikt, ka esat ēdis pārtiku ar lielu nātrija daudzumu, Ar AI darbināms digitālās veselības palīgs varētu ieteikt izmaiņas uzturā, kas ilgtermiņā palīdzētu izvairīties no sirds slimību attīstības gadiem. vēlāk.

Tas izklausās smieklīgi teikt, bet, ja mēs turpināsim savu pašreizējo trajektoriju, tuvākā medicīnas nākotne varētu būt tāda, kurā mums nebūs jālieto zāles.