Придуманный студентом Гарварда метод использует недавно разработанную технологию впрыска микроскопических проб крови в капиллярный канал микрофлюидного анализатора, где кровяные тельца, заключенные в микроскопические капли плазмы, выстраиваются в «колонну по одному». В некоторых из подобных устройств используются образцы размером всего 100 нанометров. Затем Дэйви проводит стандартную для молекулярно-биологического анализа полимеразную цепную реакцию (ПЦР), которая позволяет выделить канцерогенные фрагменты ДНК и получить множество их копий. После этого проба в капиллярном канале облучается лазером, и по показателям яркости определяется, содержит каждая исследуемая капля раковую ДНК или нет.
Преимущество этой технологии – в ее сверхчувствительности, поскольку я могу выявить даже единственную раковую клетку среди миллиардов здоровых кровяных телец… Кроме того, процесс в высшей степени избирательный, поскольку позволяет безошибочно относить выявленную патологию к определенному типу онкологии благодаря амплификации ДНК.
Нил Дэйви, студент Школы инженерно-прикладных наук имени Джона А. Полсона (Гарвардский университет)
До последнего времени единственным безошибочным методом диагностики рака являлась биопсия, а взятие пробы для нее остается процедурой крайне инвазивной, нередко требующей применения хирургии. Микрофлюидная диагностика безопаснее, быстрее, безболезненнее, – и стоит она на порядок дешевле общепринятых на сегодня методов.
В скором времени микрофлюидика кардинально изменит наши представления о медицинской диагностике как таковой. По сути, какие из клинических лабораторных исследований на выявление всех мыслимых патологий ни возьми, – будь то повышенный холестерин или диабет, заболевания почек или печени, дефицит железа и анемия, сердечно-сосудистые заболевания, мочеполовые инфекции, гепатит, ВИЧ и другие вирусные инфекции, – все они основаны на анализе крови, мочи, кала или иных проб тканей или жидкостей организма. Кровь для анализа нередко приходится брать из вены, и в немалом количестве, чтобы получить достоверные результаты. И в этом плане технологические достижения приведут к по-настоящему прорывным изменениям.
Рисунок 5.7. Проба крови для анализатора DMI rHEALTH Tricorder
Хотя последние отзывы о проекте Theranos неоднозначны
[259], это порождение Кремниевой долины стало первой попыткой по-настоящему радикального решения вышеописанной проблемы. В рамках проекта Theranos разработаны методы анализа крови, позволяющие выявлять десятки патологий по нескольким каплям крови, взятым из пальца. В аптечной сети Walgreens на всей территории США теперь достаточно показать провизору документ, удостоверяющий личность, и направление от врача, и можно на месте сдать такой анализ и получить его результаты. При этом по одной пробе может быть проведено сразу несколько исследований, что часто многократно удешевляет анализ по сравнению с традиционной методикой. Стандартное клиническое лабораторное исследование на холестерин, например, в США обходится в среднем в 50 долларов, а на оборудовании Theranos в сети аптек Walgreens за него берут около трех долларов.
Впрочем, зачем нам вообще куда-то ходить – будь то в аптеку, к врачу или в лабораторию? В 2014 году премия Tricorder XPrize, учрежденная Питером Диамандисом и спонсируемая несколькими крупными ИТ-компаниями, включая Nokia и Qualcomm, была присуждена основанной в 2006 году компании DNA Medical Institute (DMI). К тому времени компания получила гранты и поддержку от НАСА, Национальных институтов здравоохранения (NIH), Фонда Билла и Мелинды Гейтс и многих других фондов поддержки развития инновационных технологий. Одной из разработок DMI является устройство rHEALTH (сокращение от Robot – «робот» или Remote – «дистанционное» и Health – «здоровье»).
Рисунок 5.8. Настольный анализатор DMI rHEALTH (источник: DMI и XPrize Foundation)
Рисунок 5.9. Анализатор Scanadu Scout (источник: Scanadu)
Диагностическая система rHEALTH требует от пациента всего одной капли крови. Эту каплю помещают в крошечную пробирку, где проба смешивается с наночастицами и реактивами, после чего полученный коктейль пропускается через спиральный микромиксер и прогоняется сквозь строй лазерных детекторов поглощения и рассеяния света. По выявленным отклонениям от нормы ставится диагноз, с которым можно ознакомиться на смартфоне, к которому через интерфейс Bluetooth подключено устройство.
Сам анализатор rHEALTH пока что выпускается в настольном варианте, но DMI ведет разработку версии наладонного формата.
В целом, говоря о базовых функциях биомониторинга с использованием портативных приборов, тема «трикордера» из «Звездного пути»
[260] в новейших разработках всплывает с завидным постоянством. Результатом проекта Scanadu Scout стало устройство, также подключаемое к смартфону, но дающее вам в режиме реального времени значительно более обширную информацию, нежели ставшие уже привычными мониторы сердечного ритма для занимающихся фитнесом.
Scanadu Scout представляет собой систему комплексного неинвазивного биомониторинга физиологических параметров, включая температуру тела, пульс, насыщение крови кислородом и артериальное давление. Для считывания всех показаний достаточно приложить ко лбу небольшой портативный сканер, сигнал с которого незамедлительно поступит на мобильное приложение для обработки и анализа.
В декларации миссии Scanadu исчерпывающим образом сформулирована роль технологии в решении задачи персональной диагностики:
Сделать так, чтобы наше поколение стало последним, которому так мало известно о состоянии собственного здоровья.
Сегодня появились уже и настольные секвенаторы
[261], такие как Illumina MiSeqDx. Самое позднее через 20 лет у каждого человека появится доступ к подобным приборам, мгновенно определяющим индивидуальную структуру ДНК, сравнивающим ее с базой данных известных генетических патологий и диагностирующим практически все риски для здоровья, включая потенциальные наследственные и вирусные заболевания, на клеточном уровне. При наличии у вас каких-либо признаков онкологии, например, этот ручной сканер не просто сможет диагностировать ее тип лучше и точнее любого нынешнего врача-онколога, но и определит последовательность генов в цепочке ДНК ваших раковых клеток в режиме реального времени. Устройство отправит эти данные в правильно выбранную лабораторию где-нибудь на другом конце света, чтобы там синтезировали и изготовили избирательно действующее именно на ваши раковые клетки-мишени индивидуальное лекарство.
