IBM 5 из 5:медицинские лаборатории «на чипе» будут выполнять роль медицинских детективов для отслеживания болезней на наномасштабе

Кремний пластина, предназначенная для сортировки частиц, обнаруженных в жидкостях организма, с целью раннего обнаружения заболеваний.

Чем раньше диагностировано заболевание, тем больше шансов, что оно будет вылечено или успешно справится. Например, при выявлении и лечении рака груди и простаты на первой стадии пятилетняя выживаемость составляет почти 100 процентов. На четвертой стадии этот показатель снижается примерно до 26 процентов для рака груди и 28 процентов для рака простаты.

Проблема раннего выявления болезни заключается в том, что многие из нас не обращаются за лечением, пока у нас не появятся симптомы, а это означает, что болезнь уже прогрессирует. Современные технологии обнаружения, такие как маммография, часто неудобны, неудобны и не всегда точны.

• С ИИ наши слова станут окном в наше психическое здоровье.
• Гипериображение и искусственный интеллект дадут нам супергеройское видение.
• Макроскопы помогут нам во всех деталях понять сложность Земли.
• Медицинские лаборатории «на чипе» будут выполнять роль медицинских детективов для отслеживания болезней в наномасштабе.
• Интеллектуальные датчики обнаруживают загрязнение окружающей среды со скоростью света.

Я занимаюсь геномикой рака более полутора десятилетий, в течение которых я наблюдал невероятный прогресс, в основном за счет достижений в технологии геномики. Вначале моя работа была в основном сосредоточена на обработке огромных наборов данных по геномике, полученных с помощью новых в то время технологий, таких как массивы экспрессии генов и, позднее, секвенирование РНК.

Около 10 лет назад я осознал, что невероятный опыт и ресурсы в области микро- и нанотехнологий, которыми мы располагаем в IBM Research, можно использовать для совершенствования секвенирования ДНК. Около трех лет назад мы с моей командой начали думать, как использовать нанотехнологии для создания диагностических устройств, которые, как детективы, ищущие улики, могли бы проверять физиологические жидкости на наличие наноскопических биомаркеров, связанных с заболеванием, на самых ранних стадиях. Такие устройства могут значительно улучшить внешний вид пациентов, внося значительный вклад в здравоохранение в таких областях, как рак, инфекционные заболевания и нейродегенеративные расстройства.

Спустя три года мы близки к реализации этого видения с помощью устройства наномасштабного детерминированного бокового смещения, или nanoDLD, над которым мы работаем в группе IBM Nanobiotechnology. Наша цель состоит в том, чтобы в ближайшие пять лет мы смогли объединить эту и другие нанотехнологии с искусственным интеллектом, чтобы преодолеть текущие проблемы и выявлять такие заболевания, как рак, на самых ранних стадиях.

Каков наш прогноз?

Через пять лет достижения в области нанобиотехнологий позволят нам исследовать и фильтровать физиологические жидкости на предмет крошечных биочастиц, которые выявляют признаки заболевания, например рака, до того, как у нас появятся какие-либо симптомы, что позволит нам немедленно узнать, следует ли нам проконсультироваться с врачом.

Почему это изменит мир?

Лечение такого заболевания, как рак, стоит дорого. По данным Американского общества клинической онкологии, последнее одобренное лекарство от рака может стоить в среднем 10 000 долларов в месяц; некоторые виды лечения могут стоить 30 000 долларов в месяц и более. Когда ваш врач может диагностировать рак на ранних стадиях, ваши шансы банкротства - и смерти - значительно уменьшаются. Сделав обнаружение рака на ранней стадии почти таким же простым, как домашний тест на беременность, мы изменим экономику рака и значительно уменьшим его физические и эмоциональные потери для будущих поколений.

В то же время представление о лекарстве, которое одновременно является профилактическим и персонализированным, может быть реализовано только тогда, когда технологии позволяют людям периодически получать снимки физиологических, психологических, молекулярных и клеточных маркеров своего здоровья. Наша технология позволит беспрепятственно отслеживать молекулярное и клеточное здоровье человека.

Какая технология лежит в основе?

Некоторые компании рассматривают возможность использования биочастиц, таких как экзосомы, для ранней диагностики заболеваний, хотя IBM первой выбрала необходимый масштаб и осуществила разделение и обнаружение экзосом на чипе. Наш подход использует nanoDLD для обработки жидкого образца через кремниевый чип со специальной асимметричной решеткой, разработанной IBM. Массив является ключевым - он позволяет системе сортировать и разделять частицы в образце. Более мелкие частицы движутся зигзагообразно в направлении жидкости, в то время как более крупные частицы натыкаются на массив в направлении асимметрии столбов. Большие частицы ведут себя как водители грузовиков, вынужденные съехать с полосы движения на автостраде, тогда как мелкие частицы ведут себя как меньшие автомобили, движущиеся прямо без отклонений. Точно так же наши массивы столбов позволяют разделять и изолировать материалы разных размеров для обнаружения или анализа. Если вы знакомы с игрой Plinko from the Price is Right или японской версией Pachinko, это выглядит примерно так.

Информация, извлеченная из этих чипов, является сигналом, который может указать, присутствует ли болезнь. Это можно комбинировать с данными с устройств, поддерживающих IoT, таких как мониторы сна и смарт-часы, и обрабатывать когнитивные системы, чтобы дать нам полное представление о нашем здоровье.

Связанные статьи и патенты

Статьи
Бенджамин Х. Вунш, Джошуа Т. Смит, Стейси М. Гиффорд, Чао Ван, Маркус Бринк, Роберт Л. Брюс, Роберт Х. Остин, Густаво Столовицки и Ян Астьер, «Массивы наномасштабного бокового смещения для разделения экзосом и коллоидов до 20 нм ». Природные нанотехнологии .

Патенты
Патент США № 9012329 - «Наноразрыв между благородными металлами»

Прочтите все технологические прогнозы IBM на 2016 год на IBM 5 из 5.

Сохранить

Сохранить