Метка: Биология и медицина

Томосинтез молочной железы – это новая технология трехмерного сканирования, которая выявляет на 40 процентов больше случаев рака молочной железы, чем традиционная маммография, а также снижает дозу облучения. В 2015 году исследователи провели первое крупномасштабное исследование этой методики, чтобы сравнить её с более старыми методами скрининга. Было обнаружено, что томосинтез даёт более чёткие и точные изображения, причём рентгеновские лучи с разных углов показывают несколько тонких слоёв груди, в отличие от одиночных 2-D изображений. Кроме того, для женщин это безопаснее и удобнее, так как давление на грудь уменьшается вдвое.

По состоянию на 2015 год рак молочной железы был ведущим типом рака у женщин, на долю которого приходилось 25% всех случаев заболевания во всем мире. Показатели выживаемости значительно увеличивались в предыдущие десятилетия, и в течение 2020-х годов томосинтез является одним из новых методов, помогающих продолжать эту тенденцию. В течение первой половины 2020-х годов он становится доступным во многих странах. В сочетании с ИИ/глубоким обучением обработки сканированных изображений улучшение результатов продолжается и в дальнейшем.

Больше…

Теперь становится возможным тиражировать небольшие участки мозга с помощью «нейронных протезов» для того, чтобы возместить физический ущерб от болезни Альцгеймера, инсульта или травмы, включая в себя восстановление утерянных воспоминаний. Эти устройства могут имитировать электрохимические сигналы в таких регионах головного мозга, как гиппокамп (участвует в консолидации информации из кратковременной в долговременную память, а также пространственной ориентации).

Изначально эксперименты были проведены на грызунах, затем обезьянах, а потом уже на добровольцах в 2015 году. После восьми лет клинических исследований, процесс теперь может благополучно использоваться в больницах. Электродные датчики вначале используются для фиксации активности в здоровой ткани мозга. Уникальные структуры, ответственные за создание воспоминания распознаются и сохраняются на компьютере. Эти структуры используются затем, чтобы предсказать, что должны делать идущие далее поврежденные участки. Наконец, необходимая деятельность в здоровых участках может быть реплицирована, стимулируя клетки мозга с помощью электродов. Нейронные протезы создают мосты и устраняют разрыв между здоровыми и повреждёнными «ячейками» памяти.

В сочетании с лекарственными препаратами имплантаты могут лечить раннее слабоумие и потерю памяти. У пациентов с развитой болезнью Альцгеймера, однако, нервные сигналы, как правило, слишком деградированы для успешного исхода лечения. Тем не менее, это значительный шаг вперед в понимании головного мозга. В будущем, можно будет имитировать целые регионы, минуя гиппокамп, реализовывая сложные функции мозга целиком электродными сигналами. А ещё позже, по мере развития технологии нейронных имплантатов, откроется путь для полной загрузки разума человека в компьютерные носители.

COVID-19, вызванный вирусом SARS-CoV-2, впервые привлек внимание всего мира в декабре 2019 года, когда в Ухане, Китай, произошла вспышка. Вскоре она распространилась на страны по всему миру, и ВОЗ объявила о пандемии в марте 2020 года. Очень заразное заболевание, передающееся воздушно-капельным путем, со смертностью, намного превышающей обычный грипп, оно стало самым серьезным кризисом в области здравоохранения, с которым столкнулся мир со времен “испанского” гриппа 1918 года, вызвав серьезные социальные потрясения, массовые отмены и отсрочки мероприятий, всемирные локдауны и крупнейшую экономическую рецессию со времен Великой депрессии.

Предыдущая работа по разработке вакцин против связанных с ними заболеваний, SARS (2002) и MERS (2012), привела к знаниям о структуре и функциях коронавирусов, что ускорило разработку в начале 2020 года различных технологических платформ для вакцины COVID-19.

Президент России Владимир Путин объявил, что он одобрил первую в мире вакцину против COVID-19, получившую название Sputnik-V, в августе 2020 года. Однако эксперты выразили озабоченность по поводу скорости работы в России, предположив, что исследователи могли срезать углы. ВОЗ призвала Россию следовать международным рекомендациям и не включила предполагаемую вакцину в свой список кандидатов для клинических испытаний III фазы, которые предполагают более широкое тестирование на людях.

По меньшей мере 321 вакцины-кандидата официально начали разработку к октябрю 2020 года, это в 2,5 раза больше, чем в апреле. Из них 33 находились в испытаниях I–II фазы и девять – в испытаниях II–III фазы. Северная Америка возглавляла эти усилия, являясь родиной около 40% мировых исследовательских проектов по вакцинам против COVID-19, по сравнению с 30% в Азии и Австралии, 26% в Европе и несколькими проектами в Южной Америке и Африке. На фоне растущей обеспокоенности по поводу “вакцинного национализма” коалиция из 165 стран согласовала историческую сделку, известную как Covax, чтобы обеспечить быстрое и справедливое распределение любых новых вакцин против коронавируса. Это гарантировало, что каждая страна-участница получит гарантированную долю доз для вакцинации наиболее уязвимых 20% своего населения к концу 2021 года.

Соединенные Штаты отвергли соглашение Covax, решив вместо этого сосредоточиться на своем собственном государственно–частном партнерстве, известном как “Operation Warp Speed”, при этом Конгресс выделил почти 10 миллиардов долларов на разработку, производство и распространение сотен миллионов доз вакцин к концу 2020 года. Как и в случае с российским Спутником-V, многие медицинские работники считали сроки проведения операции “Warp Speed” нереалистичными. Тем не менее, в конце 2020 и начале 2021 года произошел ряд многообещающих прорывов в исследованиях и разработках, и несколько кандидатов завершили тестирование на поздней стадии.

Тем временем Китай, изначально отсутствовавший в Covax, присоединился к этой глобальной инициативе в октябре 2020 года. Это сделало ее единственной крупнейшей экономикой для участия в альянсе и помогло улучшить имидж страны, учитывая, что она была эпицентром первоначальной вспышки в 2019 году и подверглась резкой критике за задержки в её раннем реагировании на вирус. К концу 2020 года Китай заявил, что у него есть несколько вакцин на продвинутых стадиях исследований и разработок.

В Индии Serum Institute /Институт Сыворотки/ – крупнейший в мире производитель вакцин по объему – сотрудничал с организациями, включая Фонд Билла и Мелинды Гейтс, и пообещал предоставить 200 миллионов доз для стран с низким и средним уровнем дохода по цене 3 доллара за дозу.

Европа была одним из регионов, наиболее пострадавших от пандемии с точки зрения смертности на миллион человек, и правительства предприняли серьезные шаги по подготовке к внедрению вакцин. Великобритания, например, подписала соглашения с фармацевтическими компаниями о предоставлении 340 миллионов потенциальных доз.

Во всем мире первоначальное внедрение вакцин против COVID-19, как правило, было ограничено медицинскими работниками и наиболее уязвимыми слоями общества (пожилыми людьми, с ослабленным иммунитетом и т. д.), С акцентом на города или регионы, в которых наблюдается наихудший уровень инфицирования. Потенциальным “суперраспространителям”, таким как работники общественного транспорта и работники розничной торговли/супермаркетов, также придаётся первостепенное значение по мере продолжения распространения.

Прогресс в производстве и распространении вакцин привел к существенному увеличению доступности со второй половины 2021 года и далее. Это продолжалось наряду с общим улучшением возможностей отслеживания и сдерживания вспышек. Однако производство достаточного количества доз, чтобы охватить всю человеческую расу, заняло годы, а не месяцы, что является узким местом с точки зрения производства, и многие вакцины-кандидаты оставались на стадии испытаний. Миллиарды людей получили вакцинацию в 2022 и 2023 годах, но для безопасного и эффективного осуществления этого процесса требовалось больше времени. К 2024 году вакцины против COVID-19, наконец, были расширены настолько, что подавляющее большинство (90%) из 8 миллиардов человек в мире имели доступ к лечению.

Однако кризис ещё не закончился. Ежедневно продолжают поступать сообщения о значительном количестве инфекций, в то время как многие выздоровевшие пациенты остаются с различными сохраняющимися проблемами со здоровьем. Большое количество людей неохотно делают прививки – либо из-за элементарного скептицизма по поводу необходимости вакцинации, либо из-за веры в теории заговора. Хотя сейчас ситуация в целом под контролем, COVID-19 остается присутствовать в мире на десятилетия вперед.

Больше…

Артрит – это собирательное обозначение любых болезней (поражений) суставов, вызванных травмой, инфекцией или обменных нарушений. Как и в 2010-х годах, артрит является одним из наиболее распространенных типов инвалидности в Соединенных Штатах, преимущественно пожилых людей, более 20 млн. человек имеют серьёзные ограничения дееспообности. Артрит ежегодно обходится США почти в $100 млрд, цифра, как ожидается, в условиях старения населения резко возрастет в будущем. В лечении артрита, как правило, участвуют комбинации лекарств, физические упражнения и изменение образа жизни, но полное исцеление оставалось невозможным.

В 2014 году благодаря учёным произошёл прорыв, предполагающей использование био-электроники. Устройство похожее на кардиостимулятор устанавливается на шею пациентов, во время работы оно стреляет всплесками электрических импульсов для стимуляции блуждающего нерва – важной связи между мозгом и основными органами. Эти импульсы снижают активность селезенки, которая в свою очередь производит меньшее количество химических веществ и иммунных клеток, вызывающиъ воспаление в суставах больных ревматоидным артритом. У более половины людей происходит резкое улучшение, даже в тяжелых случаях, достигая до 30% ремиссии.

После успешных клинических испытаний, десятилетие прогресса привело к следующему поколению миниатюрных имплантатов, размером с рисовое зерно, более дешёвые и эффективные. К 2024 году использование данных устройств становится обычной формой лечения во многих развитых странах. Биоэлектроника имеет большой потенциал и успех и в других областях. Например, она может предотвратить спазмы дыхательных путей у астматиков, контролировать аппетит при ожирении, и помогать в восстановлении нормальной выработки инсулина при сахарном диабете.

Больше…

Криосохранение – это процесс, при котором клетки всех живых тканей сохраняются при отрицательной температуре. В разработке этой технологии были достигнуты значительные успехи. Самым выдающимся достижением считается эксперимент, при котором лабораторная мышь выжила после заморозки при температуре  −196°C.

Самой серьезной задачей, которую предстояло решить, было устранение повреждения клеток в процессе кристаллизации при заморозке. В первое десятилетие двадцать первого века проблема была всесторонне решена за счет разработки криопротекторов, позволяющих осуществлять полное стеклование. Другими словами, сохраняемое тело становится больше стеклом, чем кристаллом.

Однако оставался нерешенным также ряд других проблем. Среди них можно отметить токсичность криопротекторов, а также появление трещин, вызванное термальными напряжениями. В последующие десятилетия ускоряющиеся научные исследования привели к появлению более совершенных и успешных методик, что, в конце концов, позволило оживить мышь после глубокой заморозки.

Хотя до криосохранения человека пройдет еще много времени (поскольку это также чревато возникновением этических, правовых и социальных барьеров), но, тем не менее, оно уже становится реальностью. Когда-то криосохранение считалось выдумкой научных фантастов, а теперь стало популярной темой современной научной литературы. Множество новых стартап-компаний предлагают «замораживать» клиентов для того, чтобы пробудить их уже в будущем.

Больше…

Первое полное моделирование одного нейрона было совершено в 2005 году. За этим последовала неокортикальная колонка с 10 000 нейронами в 2008 году, а затем кортикальная мезосхема с 1 000 000 нейронов в 2011 году. Позднее было проведено моделирование мозга мышей, содержащее десятки миллионов нейронов.

К 2025 году экспоненциальный рост вычислительных мощностей и данных позволил сформировать точные модели каждой части человеческого мозга и его 100 миллиардов нейронов. В период между 2000 и 2025 вычислительные способности компьютеров выросли в миллион раз наряду со значительным увеличением разрешающей и пропускной способности сканирования. Как и в случае с проектом “Геном человека”, в научном сообществе было много людей, которые сомневались, что мозг может быть нанесен на карту так быстро. И вновь они не смогли объяснить экспоненциальный (а не линейный) рост информационных технологий.

Хотя теперь можно сканировать и картографировать весь человеческий мозг вплоть до уровня нейронов, анализ огромных объемов данных, которые он содержит, и использование их для полного понимания его работы займет гораздо больше времени. Тем не менее, это представляет собой важную веху в неврологии и ведет к увеличению финансирования борьбы с различными заболеваниями, связанных с мозгом.

Больше…

Общая численность населения приближается к 8 миллиардам, и мировой спрос на продукты питания продолжает увеличиваться. Однако в то же время серьезные изменения климата вместе с другими экологическими факторами оказывают большое влияние. Засухи, опустынивание и рост непредсказуемости дождей приводят к уменьшению урожайности во многих странах, тогда как сокращение запасов органических топлив делает содержание крупных коммерческих хозяйств еще более дорогим. Десятилетия повсеместного применения пестицидов и избыточный полив также сыграли свою роль. США, например, теряет почти 3 тонны верхнего слоя почвы с каждого акра земли в год. Это в 10-40 раз превосходит скорость естественного восстановления. При сохранении такой тенденции уже к 2070 весь верхний слой почвы исчезнет. Так как ситуация только ухудшается и цены на продукты питания увеличиваются, то современный мир приближается к настоящему глобальному кризису.

Среди нарастающего чувства неотложности и паники появилось несколько потенциальных решений. Одна из таких инноваций – вертикальные фермы. Огромные количества ресурсов и земли, необходимые для традиционного сельского хозяйства, заменяются одной вертикальной конструкцией, где культуры располагаются друг над другом, как этажи в здании. Первая коммерческая вертикальная ферма открылась в Сингапуре в 2012. К 2020 они уже широко распространены по всему миру, и различные модификации вертикальных ферм существуют почти во всех городах.

Вертикальная ферма обладает рядом преимуществ. Например, городская площадь в 1,32 гектара может производить такое количество продовольствия, для которого понадобилось бы 420 гектаров земли при обычном способе ведения сельского хозяйства. Этого хватит, чтобы накормить десятки тысяч жителей. Примерно 150 таких зданий по 30 этажей каждое может потенциально обеспечить постоянное снабжение продовольствием всего населения Нью-Йорка. В последнее время использование генетически модифицированных культур значительно увеличилось. Они прекрасно подходят для замкнутых, хорошо контролируемых условий вертикальных ферм. Возможность продавать продукты на месте их производства – еще одно преимущество вертикальных ферм. Городское сельское хозяйство значительно снижает энергетические затраты,  связанные с транспортировкой и хранением продуктов, а также обеспечивает доступ к свежей и натуральной еде для городских жителей.

Другое важное достоинство вертикального сельского хозяйства – его автономность. Для получения электрической энергии используются солнечные панели и ветрогенераторы, расположенные в самом здании фермы. Стеклянные панели, покрытые оксидом титана, надежно защищают растения от загрязняющих веществ. Их расположение специально спроектировано для обеспечения максимального уровня естественного освещения. Кроме того, при необходимости есть возможность использования искусственного освещения. Сельскохозяйственные культуры растут на гидропонике и аэропонике, что значительно уменьшает требуемое пространство, количество почвы, воды и удобрений.

Компьютеры и автоматика осуществляют интеллектуальный контроль и управление всеми системами и ресурсами. Разбрызгиватели воды, уровень освещения и температуры управляются через автоматические системы, расположенные на каждом уровне. Условия могут специально настраиваться для каждого отдельного вида растения. Возможно воссоздание различных погодных условия, смены сезонов, а также смены дня и ночи. Некоторые наиболее совершенные башни используют роботов для сбора урожая. Испаряющийся избыток воды попадает в конденсаторы на потолке каждого уровня, после чего вода направляется по трубам в соседние резервуары. Затем эта вода многократно используется, образуя замкнутый цикл орошения. Любое необходимое для фермы количество воды может быть отфильтровано из городской канализационной системы.

Вертикальные фермы также выгодны и для экологии. Полностью контролируемая система сохраняет и перерабатывает не только воду, но также почву и удобрения, например, фосфор. Таким образам экологический ущерб снижается на несколько порядков по сравнению с классическими методами ведения сельского хозяйства. Вдобавок ко всему уменьшение нужды в пахотных землях помогает сократить вырубку лесов и прекратить разрушение естественной среды обитания. Вертикальные фермы также могут быть использованы для выработки электроэнергии: непригодные в пищу органические элементы превращают в биотопливо при помощи ферментализаторов метана (метантенков).

Больше…

По состоянию на 2015 год, от потери слуха страдают в той или иной степени 1,1 миллиарда человек. Инвалидность имеют до 7,5% (540 млн.), включая 1,7% (около 124 млн.) от умеренной до тяжелой степени, населения мира. Воздействие громкого звука вызывает около половины всех случаев, остальными факторами глухоты являются старение, генетика, перинатальные проблемы и инфекционные заболевания.

В первой половине 2030-х годов, вместе с первыми клиническими испытаниями на людях, достигнуты успехи в развитии генной терапии. Предшествующие ранее эксперименты на мышах были сосредоточены на гене TMC1, поскольку мутации именно на этом участке ДНК чаще всего вызывают глухоту. Ген TMC1 кодирует белок, который играет главную роль в слуховом аппарате, помогая преобразовать звук в электрические сигналы, которые поступают в мозг. Чтобы транспортировать здоровый ген, учёные внедрили его в обезвреженный вирус под названием аденоассоциированный вирус 1 или AAV1. Вместе с геном внедряется и активатор — специальная генетическая последовательность, которая «включает» ген только в определённых сенсорных клетках внутреннего уха, известных как волосковые клетки.

После успешных испытаний на людях и одобрения со стороны регулирующих органов, для пациентов, пострадавших от мутации TMC1, стало возможным секвенирование их геномов и восстановление слуха с помощью генной терапии. Однако, в то время как доля TMC1 составляет до 8% случаев, остаются ещё более 70 генов, являющихся причинами генетической глухоты. Поэтому понадобится ещё несколько десятилетий, чтобы полностью понять причины и вылечить всех больных. Тем не менее, в 2030-х годах генная терапия бурно развивается в научных исследованиях и разработках. Другие методы лечения, помимо генной терапии также делают скачок, в том числе продолжается работа с стволовыми клетками и вводом различных новых биотехнологических имплантатов.

Больше…

3D печать была впервые разработана в середине 1980-х годов и первоначально использовалась в промышленных целях, например, для быстрого прототипирования продукции или деталей. Её стоимость значительно снизилась в течение 2010-х годов и стала доступна гораздо более широкому кругу пользователей.

Пожалуй, самые значительные прорывы происходили в области здравоохранения и медицины. Индивидуальные, 3D-печатные части тела спасали жизни людей, можно было “напечатать” искусственные челюсти, биорезорбируемую шину для дыхания, части черепа и многое другое. Также печатались некритические для жизни элементы тела, например, зубные имплантаты и экзоскелеты, для помощи человеку с мобильностью и подвижностью суставов.

3D печать уже не ограничивается неорганическими материалами, как полимеры и металлы. Она была адаптирована для построения живых, биологических систем. Слой за слоем клетки, отделившись от головок принтера, могут быть размещены именно там, где надо с точностью до микрона. Изначально продемонстрировав на простых компонентах, таких как кровеносные сосуды и ткани, разработчики биопечати смогли сочетать более сложные и большие структуры. В конце концов, первый целый орган был разработан с достаточным количеством питательных веществ, кислорода и вектором роста, чтобы лабораторная мышь смогла выжить.

К 2025 году после тестирования на животных настраиваемая 3D-печать главных человеческих органов становится впервые осуществима. Хотя ещё технология не доведена до совершенства, так как некоторые виды органов остаются слишком сложными, тем не менее, это серьезный толчок в усилиях по продлению жизни. В ближайшие десятилетия из 78 органов человеческого тела всё большее и большее количество станет доступным для печати.

Больше…