Научная
деятельность
Университет ИТМО

Компьютерные игры для лечения заболеваний, самые эффективные вакцины и спасение от апокалипсиса: будущее сферы Life Sciences и всего человечества

По расчетам Международного валютного фонда, за следующие пять лет мировая экономика потеряет 22 триллиона долларов из-за пандемии. В начале пандемии ожидалось резкое падение объёма венчурных инвестиций, но в итоге 2020 стал рекордным по объёмам инвестиций в секторе Life Sciences ― совокупный объём составил более $20 млрд. Пандемия стала стресс-тестом для систем здравоохранения и глобальной фармотрасли. В течение многих лет рос уровень цифровизации медицины, но в первые месяцы пандемии доля онлайн-посещений к общему числу посещений врача выросла с менее 10% до более 40%. Впервые человечество отважилось сделать вакцину против нового вируса менее чем за год, были запущены более двухсот разработок, в том числе в рамках международных коллабораций. На лекции в Новой Голландии Антон Гопка, генеральный партнёр биотехфонда ATEM Capital и декан факультета технологического менеджмента и инноваций Университета ИТМО, рассказал о последних трендах и изменениях в развитии сектора Life Sciences.

Как устроен сектор Life Sciences

Сектор Life Sciences объединяет в себе много направлений, и это далеко не только медицина. Конечно, в первую очередь к сектору относятся решения для физического и ментального здоровья, улучшения внешности и самочувствия, но также ― агропромышленный комплекс, пищевая промышленность, ветеринария и множество применений биотехнологий в промышленности.  

Вот пример не из медицины ―  американская компания Iridia, одна из недавних инвестиций фонда ATEM Capital. Iridia занимается разработкой новых чипов хранения данных с помощью молекул ДНК. Объёмы хранения информации экспоненциально растут, а существующие технологии хранения данных исключительно энергозатратны. Молекула ДНК позволяет уплотнить информацию в десятки тысяч раз и при этом не требует постоянных источников энергии. К тому же молекула ДНК, в отличие от существующих жёстких дисков, которые требует замены каждые 5-7 лет, обеспечивает сохранность информации на столетия. Это пример проникновения биотехнологий в сектор полупроводников, а дальше речь пойдет о том, как IT проникает в медицину.

Цифровая революция в медицине: биоинженерия, дигицевтика и искусственный интеллект 

В каждой нашей клетке геном хранится в молекуле ДНК, которая содержит всю информацию об организме человека. Какой объём памяти нужен, чтобы описать целого человека? Достаточно всего одного компакт-диска ― примерно 700 Мб. Но если считать гены файлами, то все 20 тысяч генов поместятся в объём в примерно 10  Мб. Такой код «весит» меньше, чем представленная презентация, но позволяет полностью «считать» человека и восстановить данные о его организме до малейших деталей ― от роста до формы носа. Вся эта информация может быть оцифрована и проанализирована с помощью методов больших данных. Если раньше разработка препарата осуществлялась с помощью перебора вариантов молекул, а дальнейшие исследования занимали годы с низкой вероятностью получения положительного результата, то сейчас биоинженерия позволяет синтезировать молекулу или биологический препарат с заданными свойствами, что даёт лучшее понимание механизмов действия препаратов и вероятности их успеха. Такая экономия времени буквально спасает жизни людей.

<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>
<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>

Новые терапевтические модальности в секторе Life Sciences  

В области биотехнологий появляется  много новых трендов. Например, генная клеточная иммунотерапия  позволяет излечить рак на терминальных стадиях благодаря собственной иммунной системе пациента. В организме человека есть специальные Т-клетки, чья задача ― убивать инфицированные или раковые клетки. В 2017 году в США были впервые одобрены  такие методы генной терапии, под общим названием CAR-T (T-клетки с химерным антигенным рецептором). Эти методы помогают детям с раком крови, которым не помогли традиционные виды терапии и которым оставалось жить считанные недели. В рамках этой процедуры из организма пациента забираются их собственные T-клетки и с помощью генного редактирования они перепрограммируются вне организма на поиск раковых клеток. Далее их вводят обратно пациентам и генномодифицированные Т-клетки убивают все раковые клетки в организме. Минус один: перепрограммировать собственные клетки пациента дорого и сложно, поэтому сейчас пытаются создать банк готовых универсальных клеток, «обученных» для распознавания раковых клеток.

В настоящее время разрабатываются генные терапии, которые позволят редактировать геном не отдельных клеток вне организма, а прямо всего человека, в том числе с использованием технологии CRISPR. Но все подобные технологии пока крайне рискованные: в организме нельзя нажать «Ctrl+Z» и отменить редактирование генома, если что-то пошло не по плану, таких технологий пока нет. Поэтому такой способ терапии применяется только при редких генетических заболеваниях.  

<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>
<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>

Следующий блок разработок касается микробиома ― совокупности бактерий, которые населяют наш организм. Согласно некоторым исследованиям, микробиом влияет на большинство систем организма: не только желудочно-кишечный тракт, но и на центральную нервную систему, иммунитет. Соответственно, воздействие на микробиом потенциально может излечить такие заболевания, как ожирение, диабет, шизофрению, депрессию и онкологические заболевания. 

Другой перспективной терапевтической модальностью является синтетическая биология ― создание живых организмов с нуля. Яркие примеры: генномодифицированные малярийные комары, которые не передают малярию и постепенно замещают собой опасных насекомых, а также выращивание в животных человеческих органов, которые не будут отторгаться организмом человека. 

Ещё одна перспективная терапевтическая модальность ― это электроцевтика, работа с биологическими токами.  Например, ведутся разработки, с помощью которых будет можно не просто считывать информацию из человеческого мозга, но и записывать её туда. В результате может получиться самое настоящие слияние человека с искусственным интеллектом. Наиболее известная компания, которая занимается такими разработками, является компания Neuralink, основанная Илоном Маском. Это пока ранняя разработка, но уже сегодня разработчики могут управлять настроением: например, прекращать приступы при посттравматических расстройствах с помощью специального шлема. 

Рецепт на компьютерные игры

В добавление к глобальному тренду разработки биоинжиниринговых платформ другая ключевая тенденция ― это комбинация биологии и цифровых технологий. Методы искусственного интеллекта активно используются для поддержки принятия врачебных решений. Например, по фотографиям роговицы глаза в высоком разрешении можно обнаружить бета-амилоидные бляшки, которые свидетельствуют о развитии болезни Альцгеймера до появления клинических симптомов. Цифровая медицина (или, как её называет Антон Гопка, «дигицевтика» ― от англ. digiceuticals) буквально лечит с помощью мобильных приложений. Таким способом уже можно лучше контролировать зависимости, например, от алкоголя, опиоидов и наркотических средств. А  компьютерные игры доказано помогают лечить синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) у детей в некоторых случаях лучше, чем известные лекарства. Для одобрения таких мобильных приложений требуется проведение клинических исследований, доказывающих преимущество  перед текущими стандартами лечения. Такие приложения нельзя скачать в AppStore просто так: доступ к ним, как правило, осуществляется строго по рецепту врача. 

<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>
<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>

Коронавирус ― плохая новость в белковой оболочке

Новые технологии активно используются в борьбе с коронавирусом. В эпоху пандемии геном коронавируса был расшифрован и опубликован в течение первых недель. Технически, геном вируса состоит всего из 30 тысяч «букв» ― это примерно десять страниц текста. Такая вот плохая новость в белковой оболочке. До 2020 года считалось, что разработать вакцину за год абсолютно невозможно, но учёные и разработчики справились с этой казалось бы невыполнимой миссией.  По всему миру одновременно запустили более двухсот разработок. До финиша добрались вакцины, разработанные с использованием практически всего спектра возможных технологий. 

Все виды вакцин можно разделить на три основные категории по механизму их действия.   Первые строятся на основе цельного вируса, вторые базируются на его элементах и, наконец, третьи получаются за счёт введения в организм отдельных генов вируса, в результате чего человек сам начинает производить антигены, на которые формируется иммунный ответ.   Подробнее о видах вакцин  можно узнать в другом нашем материале

<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>
<p class="show_photo_comment">Источник: depositphotos.com</p>

В гонке по разработке вакцин Россия оказалась одним из лидеров. Во-первых, российские разработки представлены во всех трёх типах вакцин, и Россия входит в  топ-10 стран мира по объёму заказов на поставки вакцин. Наиболее известная российская вакцина Спутник V показала впечатляющую эффективность и высокую безопасность.

Однако провакцинировать одновременно всё население мира невозможно, поэтому мы наблюдаем активную мутацию вируса. Существуют риски, что разработанные вакцины не смогут эффективно бороться со всеми новыми штаммами вируса. Тогда выход будет только один ― поиск лекарства, которое будет излечивать инфекцию и делать это быстро. Фонд Антона Гопки ATEM Capital является инвестором в компанию Atea Pharmaceuticals, разрабатывающую такой препарат и разместившуюся на бирже Nasdaq в конце прошлого года. От момента запуска компании в 2014 году до выхода на биржу стоимость компании выросла более чем в 300 раз (доходность ранних инвестиций с учётом размытия составила более 30х).

И напоследок, главный вопрос: как же закончится пандемия? Наиболее эффективное решение ― это достижение так называемого коллективного иммунитета. В некоторых странах это произойдет уже этим летом. Но в других это не случится даже до конца этого года. Однако  ограничения, связанные с пандемией, могут быть сняты раньше. Это произойдёт, когда сократится избыточная смертность населения. Для этого нужно как можно быстрее вакцинироваться. Одобренные вакцины не только сокращают заболеваемость, но главное, резко снижают риски тяжёлого течения заболевания.

 

Текст: Ирина Воронцова