Алгоритм долголетия: Новые технологии для диагностики и лечения заболеваний эндокринной системы

Этот материал входит в подборку статей о новых технологиях и медицине. Рассказываем, как ученые работают над повышением эффективности лечения рака, инсульта, ишемической болезни сердца, проблем с сосудами и эндокринной системой и прочих заболеваний. Помогают им в этом 3D-принтеры, виртуальная и дополненная реальность, нейронные сети и другие технологии будущего.

Уже написали о борьбе с болезнями сердца, нервной системы, органов чувств, ЖКТ, сосудов, кожи и легких. В этой статье — о заболеваниях эндокринной системы.

#справка Эндокринная система регулирует деятельность внутренних органов за счет гормонов. Производят гормоны щитовидная, поджелудочная и половые железы, надпочечники и другие органы

Диагностика

Для диагностики проблем с эндокринной системой можно использовать различные тесты, анализирующие уровень гормонов. Компания EverlyWell предоставляет 17 типов наборов для домашних исследований, в том числе для выявления проблем с щитовидной железой или метаболизмом, дисбаланса гормонов сна или стресса.

#интересное Стартап стал финалистом TechCrunch Battlefield в 2016 году и получил звание Rock Health startup of the year в 2017

Более ранняя диагностика возможна благодаря анализу ДНК. Сервис Sophia Genetics использует искусственный интеллект для расшифровки генома пациентов. Это позволяет обнаружить мутации, определяющие предрасположенность человека к тем или иным заболеваниям, в том числе диабету.

Алгоритмы искусственного интеллекта применяют также в Medial EarlySign. По анализу крови компания прогнозирует развитие опасных заболеваний, например, сахарного диабета и некоторых видов рака. При этом метод является менее дорогостоящим, чем используемые в настоящий момент альтернативы.

Помочь в диагностике заболеваний могут распространенные носимые устройства. Ученые из Медицинской школы Стенфордского университета исследовали показатели, отслеживаемые рядом гаджетов (к примеру, умными часами Basis) и выяснили, какие выводы можно из них сделать. Среди прочего на основании физиологических параметров им удалось выявить 12 людей, невосприимчивых к инсулину.

#справка Невосприимчивые к инсулину люди находятся в зоне риска заболевания сахарным диабетом

Людям, больным диабетом, необходимо измерять уровень сахара в крови, чтобы своевременно возвращать его в пределы нормы. Новые технологии повышают эффективность глюкометров — устройств, измеряющих уровень сахара.

Исследователи из Кореи разработали глюкометр в виде контактных линз. Внутри них находятся специальные электронные компоненты, которые позволяют получать энергию без проводов и измерять уровень сахара. Измеренные показатели транслируются прямо в глаз человека. При этом данные линзы, как и обычные, улучшают зрение.

Ученые из Калифорнийского университета разработали прототип чехла на телефон GPhone. Он включает в себя стилус, на конец которого для анализа должна быть нанесена кровь. Внутри стилуса находится белок, который создает электрический сигнал силой, пропорциональной уровню глюкозы. Расшифрованные данные можно сохранить или переслать врачу.

В Федеральной политехнической школе Лозанны создали подкожный биодатчик, который отправляет данные на смартфон. Датчик может измерять концентрацию глюкозы, холестерина или других молекул, в том числе лекарственных препаратов.

Технологии могут повысить эффективность диагностики не только заболеваний эндокринной системы, но и их осложнений, в частности диабетической ретинопатии.

#справка Диабетическая ретинопатия — нарушение зрения, возникающее у большинства больных диабетом. Без своевременной диагностики оно приводит к слепоте

В исследовательской лаборатории Google был создан алгоритм машинного обучения, выявляющий данное заболевание по фотографиям глазного дна. Маркером для алгоритма являются повреждения кровеносных сосудов сетчатки глаза. На тестовых выборках изображений точность метода составила более 90% — уровень, сравнимый с точностью офтальмологов.

Фотографии здоровой сетчатки глазного дна и сетчатки с признаками диабетической ретинопатии:

Применение искусственного интеллекта позволитвыявлять болезнь в регионах, где не хватает врачей. Разработчики алгоритма:

“Мы считаем, что машинное обучение может помочь врачам определить пациентов, которым необходима помощь, особенно среди слоев населения, которые имеют ограниченный доступ к медицинским услугам.”

Аналогичный алгоритм, действующий с точностью 86%, разработали ученые из IBM.

Ход другого осложнения — периферической невропатии, при которой нарушается чувствительность конечностей, — помогают отслеживать стельки с датчиками от компании Orpyx. Они способны отследить избыточное давление на стопу и прислать оповещение на специальные умные часы. Стельки получили одобрение от американского медицинского регулятора.

Стартап Boost Thyroid создал приложение для пациентов с болезнью Хашимото, при которой иммунная система атакует щитовидную железу. В результате заболевания железа теряет свою функциональность и постепенно разрушается. В приложении, уже доступном для iOS, можно указать свои параметры и принимаемые лекарства, а также пообщаться с виртуальным помощником. Таким образом можно отслеживать ход болезни.

Лечение

Компания Food Period разработала специальные батончики для решения таких проблем женской эндокринной системы, как нерегулярный или болезненный менструальный цикл. Основными ингредиентами являются тыквенные семечки, различные орехи, ваниль и какао.

Если органы, отвечающие за выработку гормонов, не справляются со своей задачей, человеку требуется получать эти вещества при помощи таблеток или инъекций. Заменить прием лекарств могут искусственные органы, напечатанные на 3D-принтере.

Компания Celprogen Inc. успешно напечатала работоспособную уменьшенную копию человеческой поджелудочной железы. Основой биочернил стали стволовые клетки поджелудочной взрослого человека. Ранее исследователям компании удалось напечатать сердце.

В лаборатории 3D Bioprinting Solutions (основана при поддержке ИНВИТРО) успешно пересадилинапечатанную на 3D-принтере щитовидную железу лабораторной мыши. Ученые отметили, что уровень вырабатываемого железой гормона Т4 у грызунов увеличился, что говорит о ее работоспособности.

Ученые Лондонского университета королевы Марии разработали технологию изготовления клеток, способных производить стероиды, из кожи, крови и мочевины. Они уже были использованы для моделирования болезней надпочечников и тестирования лекарств. В будущем такие клетки могут быть использованы для получения искусственных надпочечников.

Для больных диабетом существуют также специальные устройства, облегчающие получение инсулина.

“Искусственная поджелудочная железа” MiniMed 670G от компании Medtronic — устройство, соединяющее в себе глюкометр и инсулиновую помпу. Датчик измеряет уровень сахара в крови каждые пять минут. Если он отклоняется от нормы, помпа автоматически вводит человеку инсулин. Автономная работа устройства позволяет человеку не производить замеры и инъекции вручную, повышая качество жизни.

В 2018 году устройство Medtronic получило одобрение американского медицинского регулятора FDA на использование больными диабетом 1 типа от 14 лет и старше.

Аналогичное устройство под названием EOPatch разрабатывает южнокорейская компания EOFlow. Его отличие в более компактных размерах — автоматическая помпа является одноразовой (может действовать в течение трех дней) и отображает информацию на устройстве, не требующем соединения с датчиком. Разработчики надеются, что небольшой вес и отсутствие проводов сделает EOPatch подходящим даже для маленьких детей.

Устройство получило разрешение от корейского медицинского регулятора в 2017 г., авторы намереваются выпустить его на рынок в текущем году.

В будущем подобные регуляторы уровня сахара в крови могут стать подкожными. Группа исследователей из Китая предлагает использовать для этого клетки, производящие инсулин под воздействием света.

Технология под названием HydrogeLEDs предполагает периодическое измерение уровня сахара в крови глюкометром. В случае отклонения уровня от нормы специальное приложение для смартфона автоматически включает имплантированные под кожу светодиоды. После этого светочувствительные клетки, размещенные на диодах, начинают вырабатывать инсулин.

Разработка была протестирована на мышах в течение нескольких недель и показала свою эффективность — уровень сахара в крови животных приходил в норму после двух часов работы светодиода.

Тем не менее, разработка еще далека от применения людьми — необходимо протестировать ее эффект на организм при более продолжительном использовании.

Стартап Semma Therapeutics разрабатывает методвосстановления способности организма вырабатывать инсулин самому. Для этого необходимы специальные бета-клетки, которые отсутствуют у больных диабетом.

Исследователи Semma протестировали такой способ восстановления бета-клеток: в лабораторных условия в них трансформируют эмбриональные стволовые клетки. Затем их имплантируют под кожу в специальном устройстве. Оно позволяет инсулину поступать в организм, при этом защищая бета-клетки от иммунной системы.

Разработка пока находится на ранней стадии, однако в 2016–2017 годах компания получила финансирование в размере $163 млрд для ее развития. В частности, необходимо выявить, нужно ли будет с какой-либо периодичностью менять имплант.

Почитать по теме

• Самые перспективные стартапы, анализирующие ДНК, по версии MIT
• Исследование генома для предсказания болезней
• Использование данных носимых гаджетов для медицины
• Линзы–глюкометр
• Клетки, вырабатывающие инсулин под действием света