Будущее медицины: Ваше здоровье в ваших руках - Эрик Тополь

Моя лаборатория в смартфоне

Мы далеки от права собственности на наши персональные данные, и еще дальше мы от генерирования персональных данных – от права заказывать и даже проводить анализы самим. Однако благодаря прогрессу в лабораторных исследованиях технологии существуют – приложения к смартфонам, в которых содержится «лаборатория на чипе»20, «лаборатория в сжатом виде»20, дали возможность комбинации микроэлектроники и микрофлюидного устройства, с одной стороны, и смартфона с микропроцессором и функциями дисплея – с другой21–26. В результате получается идеальное устройство для диагностики на месте – быстрого анализа цифровых фрагментов нашего организма в форме крошечных объемов (менее 10 нанолитров) – крови, мочи, слюны, дыхания и даже самой ДНК. То, что кто-то написал статью под заголовком «Микрофлюидные технологии позволяют вам самим распечатывать результаты ваших анализов» (Microfluidic Technology May Let You Print Out Your Own Health Tests), должно дать вам ощущение, что происходит что-то необычное за пределами привычных мест, где проводятся анализы, – поистине анализы из серии «сделай сам».

Смартфоны для анализа или секвенирования ДНК незаменимы в некоторых методиках компаний Genia, Biomeme и QuantuMDx27. Их возможности позволяют сделать, например, анализ на месте с целью определения взаимодействия лекарств, назначенных пациенту, или быстрое секвенирование патогена с целью определения причины и оптимального лечения инфекции или для фактического секвенирования участка генома. Маленькое мобильное устройство для этих целей описано как «децентрализованный универсальный диагностический инструмент»27, который может легко связать с облачным хранилищем данных для интерпретации результатов.

Вот частичная сводка некоторых поразительно разнообразных анализов из серии «лаборатория на чипе», которые уже интегрированы или вскоре будут интегрированы в смартфон. Анализ крови включает сахар, гемоглобин, калий, холестерин, функцию почек, функцию печени, щитовидной железы, мозговой натрийуретический пептид (используется для отслеживания проблем с сердцем), токсины и различные патогены (включая малярийный, туберкулезный, денге, кишечный шистосом, сальмонеллу и ВИЧ с возможностью отслеживать лимфоциты СD4+ и CD8+ T и вирус саркомы Капоши)28–38. При исследовании мочи список включает полный количественный анализ, белок (альбумин), человеческий хорионический гонадотропин (для мониторинга преэклампсии в случае осложненной беременности) и инфекции мочеиспускательного канала39. При анализе слюны есть возможность определить штаммы вируса гриппа и стрептококковую ангину23. Самое удивительное, пожалуй, это разнообразие проб, получаемых из дыхания, – соль молочной кислоты, алкоголь, сердечная недостаточность, наркотики (кокаин, марихуана, амфетамины) и даже некоторые виды рака40.

Последнее может показаться странным, но известно, что собаки способны учуять рак41–45. Кажется, впервые об этом заговорили в 1989 г., после того как журнал The Lancet рассказал о женщине, собака которой (помесь колли и добермана) постоянно нюхала родинку, что заставило женщину обратиться к медикам и привело к диагностированию меланомы46. К 2004 г. независимо друг от друга разные источники сообщали о способности собак «диагностировать» рак легких по дыханию и рак мочевого пузыря по моче. Дальнейшие подтверждения эта информация получила в 2006 г., когда одна клиника в Северной Калифорнии провела сбор проб дыхания у 55 человек с диагностированным раком легких и у 83 здоровых людей в виде контрольной группы. Три лабрадора и две португальские водяные собаки подтвердили диагноз в 99 % случаев! Точно так же собаки смогли определить рак простаты через пробы мочи с точностью в 98 %. В Пенсильванском университете имеется Центр служебных собак, где голландские овчарки (хердеры) и немецкие овчарки продемонстрировали 90 %-ную точность в определении рака яичников47–50. Собаки обладают поразительным обонянием, поскольку у них свыше 220 млн обонятельных рецепторных клеток, в четыре или пять раз больше, чем у людей, поэтому их способности к улавливанию разнообразных органических химических веществ, испускаемых опухолью, – таких как спирты, алкены и производные бензина – поразительны. На самом деле это означает, что обонятельные пути собаки представляют собой очень мощные «лаборатории на чипе»! Основываясь на этих исключительных собачьих способностях, многие компании, например Adamant Technologies, Nanobeak и Metabolomx, тестируют «электронный нос» смартфона для обнаружения рака через дыхание – не только рака легких, но также и рака яичников, печени, желудка, груди, колоректального рака и рака простаты51, 52. Одна из разработок для диагностирования рака с помощью анализа дыхания была предложена Израильским технологическим институтом Технион в Хайфе, Израиль. В ней используется комплект из 40 золотых наночастиц в качестве электродов, которые присоединены к слою молекул известных органических соединений, служащих датчиками, и воздух, выдыхаемый человеком, генерирует пробу, которую анализирует программа. С помощью микроэлектроники, воспроизводящей острое обоняние, такие датчики смартфонов испытывают для количественного определения и других метаболитов, которые будут связаны с определенными болезнями, как, например, окись азота в случае астмы.

Работа лаборатории на чипе выходит за пределы смартфона, поскольку специальные пластыри с введенными подкожно микроиглами или электрохимические чипы, плотно прилегающие к коже, показали способность анализировать химические вещества, как, например, соль молочный кислоты в поте53. Данные в режиме реального времени могут быть представлены через смартфон. Аналогично в настоящее время проверяется возможность беспроводной передачи и вывода на дисплей смартфона информации об уровне глюкозы в крови, используя контактные линзы, измеряющие уровень глюкозы в слезной жидкости.

Раздвигает границы лаборатории на чипе и группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая использует 3D-принтер для того, чтобы сделать легкое по весу приложение к камере смартфона. Эта необычная камера может фотографировать один-единственный вирус, как, например, цитомегаловирус, размер которого всего лишь 150–300 нанометров (человеческий волос составляет порядка 100 000 нанометров)31. Такой метод быстрого обнаружения патогена может рассматриваться как дополнение к стратегии секвенирования. Мы вернемся к этому ниже, в главе о «плоской Земле». Подобная «лаборатория на чипе» в смартфоне доставляет сложные лабораторные исследования куда угодно, даже в самые удаленные уголки, где бывают перебои с электричеством.

Однако есть некоторые проблемы: любые анализы должны быть технически подтверждены, чтобы знать, что данные точные; кроме того, они должны иметь пользу с точки зрения лечения пациентов (т. е. служить руководством к действию) и должны быть рентабельными. Хотя существуют поразительные и беспрецедентные возможности для измерения уникальных белков через смартфон, например свидетельствующих о черепно-мозговой травме или любом типе рака54, есть много свидетельств и того, как выяснялось при серьезной оценке, что биомаркеры не сработали. Не из-за того, что в анализах не хватало точности, а из-за проблемы соответствия лабораторных анализов и клинических результатов. Стоит учитывать количество заявленных биомаркеров в сравнении с количеством биомаркеров, которые обычно используются в клиниках, – 150 000 к 10055. Это означает, что есть большая вероятность ложных заявлений или преждевременного толкования неподтвержденных лабораторий на чипе на коммерческом рынке.

Тем не менее мы теперь вступаем в эпоху полной демократизации лабораторных исследований. Цель Theranos – обеспечить удобную лабораторию в аптеке или магазине, на расстоянии не более пяти миль от каждого дома в США. Переход к лабораторным исследованиям на основе смартфонов, конечно, избавит от необходимости куда-то ходить. Это второй узловой пункт обходного пути: вначале лаборатория центра или больницы, затем аптека на углу. Во время интервью с мисс Холмс я спросил ее об этой следующей волне перемен, которая когда-нибудь произойдет; она ответила, что ее компания «очень старается идти в этом направлении»9.

Конечно, она это понимает – все цифровое для нее естественно, она родилась в цифровом обществе. Но как их модель лабораторных исследований будет адаптирована к модели, основанной на смартфоне клиента, не совсем понятно. Тем не менее я не думаю, что само направление нашего движения вызывает вопросы. Как первый домашний тест на беременность, проведенный в 1978 г., ознаменовал новую эпоху с точки зрения расширения возможностей потребителя, точно так же эти новые продукты и компании являются предвестниками грядущей, ничем не ограниченной перспективы любого анализа в любое время и в любом месте.