Учёные из США использовали белок из куриных яиц для создания идеального биологического гидрогеля для 3D-печати живых тканей и даже органов. Исследователи наделили обычный белок свойствами фотополимеризации, позволив ему превращаться в объёмные модели произвольной формы. Это прорыв для исследований по фармакологии, медицине и трансплантации органов, хотя работы в этом направлении предстоит ещё много.

Источник изображения: Terasaki

Сегодня для 3D-печати живых тканей используется множество природных и синтетических материалов. Все они имеют свои достоинства и недостатки, но объединяет их всех ровно одно — высокая цена решений на фоне ограниченных возможностей. Учёные с факультета Терасаки (Terasaki) Калифорнийского университета смогли превратить в гидрогель для 3D-печати живых тканей обычный белок из куриных яиц. Решение оказалось настолько же дешёвое, как и эффективное с впечатляющим набором свойств.

Материалы для 3D-печати должны уметь сохранять форму модели, что обычному куриному белку недоступно. Чтобы изменить это, учёные добавили в белок метакрильные группы, используя для этого метакриловую кислоту. Одно из свойств этой кислоты — фотополимеризация, то есть затвердевание под воздействием света. Белок с метакрильными включениями также оказался чувствительным к свету. При освещении он образовывал прочные продольные связи с лежащими выше и ниже слоями, что позволяло печатать объёмную модель.

Сам по себе белок не является аналогом сердца, печени и даже кожи человека. Но он создаёт основу для управляемого роста специализированных клеток, обеспечивая им защиту, питание и форму.

«Этот инновационный подход к созданию биоконструкций из яичных белков демонстрирует огромный потенциал биоинженерных материалов в тканевой инженерии, — поясняют учёные. — Используя легкодоступные природные ресурсы и улучшая их с помощью хитроумных химических модификаций, мы открываем новые возможности для персонализированной регенеративной медицины. Такие прорывы имеют решающее значение в нашем стремлении разработать более эффективные и доступные решения для лечения полиорганной недостаточности, сердечнососудистых заболеваний и рака».

В журнале Nature вышла статья, в которой учёные из Вашингтонского университета (UW) опровергли утверждение Илона Маска (Elon Musk) о будущих превосходных возможностях имплантата Blindsight для возвращения или наделения зрением незрячих или слабовидящих людей. Маск не знаком с работой мозга, а зрение — это не набор пикселей, заявили учёные. Всё намного сложнее и техника неспособна подняться до уровня живых тканей и, тем более, превзойти их.

Источник изображения: Computerra

В марте этого года стало известно, что компания Neuralink Илон Маска разрабатывает и даже испытывает кортикальный имплантат Blindsight (дословно — «Слепое зрение»). После очевидного успеха с мозговым имплантатом Neuralink для возвращения коммуникативных функций пациентам с травмами спинного мозга сообщение о новом чудо-имплантате для возвращения зрения было воспринято с энтузиазмом. Потеря зрения — это достаточно частый случай в медицинской практике, не говоря о врождённых пороках такого рода. Часто зрение стабильно ухудшается по мере старения людей, и это сегодня воспринимается как неизбежное зло.

20 марта 2024 года Маск в своём аккаунте в социальной сети X опубликовал короткое сообщение о следующем продукте компании — имплантате Blindsight. «Поначалу разрешение [искусственного зрения] будет низким, как в ранней графике Nintendo, но в конечном итоге может превысить нормальное человеческое зрение», — позже пояснил Маск в X. Учёные из Вашингтонского университета зацепились за эту фразу и попытались выяснить, так ли это.

Модели электродных матриц и то, как видео с кошками будет обрабатываться в зрительной коре головного мозга. Источник изображения: Fine, I & Boynton, G/CC By 4.0

Для исследования возможностей искусственного раздражителя кортикальных клеток зрительной коры головного мозга — без участия зрения и каналов для передачи сигналов непосредственно по нервной ткани к мозгу — была использована простая компьютерная модель в качестве «виртуальных пациентов». Учёные показали, что позиция инженеров, что мозг получает сигналы подобно пикселям на экране матрицы или дисплея, не соответствует реальному положению дел. Симуляция наглядно показала, как пациент с определённым числом пикселей будет видеть, например, кошку.

На обычном изображении кошки из массива 44 тыс. пикселей животное видно с достаточным качеством. Но если такой же массив будет раздражать нейроны в зрительной коре головного мозга, то ситуация резко меняется в сторону ухудшения. На видео учёные показали, как это будет выглядеть. О присутствии в кадре кошки можно только догадываться.

Проблема в том, поясняют исследователи, что изображение подаётся на нейроны с перекрытием и с кодированием. Каждый нейрон, отвечающий за зрение, получает сложный (кодированный) сигнал от массива чувствительных клеток в глазах — так называемое рецептивное поле. Также информация поступает больше чем на один нейрон. Простая стимуляция клеток мозга не равнозначна обычному зрению и едва ли сможет когда-нибудь приблизиться к обычному качеству зрения людей, не говоря о том, чтобы превзойти его. Даже миллионы «пикселей» — высокое разрешение стимулирующего нейроны имплантата — не решат проблемы с кодированием зрительной информации до качества выше среднего.

Учёные не исключили прорыва на данном направлении, но призывают с осторожностью говорить сегодня о возвращении людям превосходного зрения. Это может породить неоправданные ожидания, которые будут разбиты реальностью и сделают больных уязвимыми.

Четыре года назад весь мир оказался в плену страха перед синим светом экранов гаджетов. Причиной для опасений стало обоснованное наукой угнетение выработки мелатонина в организме людей в вечернее и ночное время, чему способствовал синий свет экранов смартфонов, компьютеров и телевизоров. Теперь же выяснилось, что синий свет от гаджетов также пагубно влияет на кожу.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Уже есть научные работы, которые обнаруживают существенное влияние синего света на пигментацию кожи. Синий свет усиливает выработку меланина, что для большинства людей вряд ли будет иметь значение. И всё же, данные показывают, что синий свет сильнее воздействует на людей с тёмной кожей и поэтому более опасен для них в этом плане, а также может спровоцировать усиленную пигментацию кожи у граждан с гиперактивной выработкой меланина. Пятна на коже лица, к которому мы подносим смартфон, очевидно, не лучшее украшение, поэтому для людей с чувствительной кожей следует учитывать эту особенность синего света.

Также синий свет может разрушать коллаген (структурный белок) в составе кожи, что ведёт к появлению морщин. Учёные установили явную связь между синим светом смартфона и появлением морщин, однако она проявляется только при достаточно близком и непрерывном «облучении». Например, необходимо один час держать включённый смартфон на расстоянии 1 см от кожи. Отодвинув смартфон от лица на 10 см мы снижаем негативный эффект от света в 100 раз. Иначе говоря, при обычном использовании гаджетов это не такая уж большая опасность для здоровья кожи. Но здесь также следует напомнить, что есть люди с повышенной чувствительностью.

Третий фактор влияния синего света на кожу косвенный. Это уже избитая тема угнетения выработки мелатонина — гормона, играющего ключевую роль в процессе засыпания. Проблемы со сном обернутся проблемами с кожей. Недостаток сна, стресс перед сном — социальные сети, игры и другое спровоцируют воспалительные процессы в организме и выльются в ухудшении кожного покрова вплоть до видимых поражений. Отключение синего света в этом случае не поможет. Необходимо понимать и принимать гигиену использования гаджетов перед сном.

В остальных двух случаях людям с чувствительной кожей могут помочь косметические средства защиты широкого спектра. Синий свет будет лишь частью проблемы заботы о коже, но это всё ещё обсуждаемый вопрос. Исследований о пользе косметики для защиты граждан от света экранов гаджетов нет. Очевидная польза есть только для производителей косметики, но это уже другая история.

Учёные из Медицинской школы Университета Дьюка осветили неожиданную проблему, которую предстоит решить для полёта людей на Марс — срок годности лекарств. В корабле и на Марсе нет аптек со свежими препаратами, а большинство современных лекарств может храниться менее 36 месяцев. Полёт на Красную планету и обратно продлится не менее трёх лет, что оставит экипаж наедине с просроченной фармацевтикой.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Учёные предположили, что экипаж марсианского корабля получит такую же аптечку, которая собрана для МКС. В неё входят 106 наименований лекарств, начиная со средства для удаления ушной серы и заканчивая нейролептиками. В открытом доступе нашлись данные о сроках годности 91 препарата из 106, и 54 из них при хранении в оригинальной упаковке пригодны к использованию в течение 36 месяцев. У остальных препаратов ещё более короткий срок годности — до 24 месяцев.

«Это не обязательно означает, что лекарства не подействуют, но точно так же, как вам не следует принимать лекарства с истекшим сроком годности, которые валяются у вас дома, космическим агентствам придется брать в расчёт, что лекарства с истёкшим сроком годности окажутся менее эффективными», — предупредили исследователи.

Также существуют опасения, что в условиях микрогравитации и повышенного уровня радиации молекулярный состав лекарств может измениться быстрее. Это серьёзная проблема, поскольку длительный космический полёт истощит организмы людей даже прошедших изначально суровый отбор по состоянию здоровья.

«Фармацевтические препараты, вероятно, станут краеугольным камнем поддержания здоровья и работоспособности людей, участвующих в исследовательских космических миссиях, — пишут авторы работы. — В общественных знаниях существует пробел в отношении предполагаемых сроков годности лекарств, содержащихся в формуляре МКС. Крайне важно знать и понимать эти фармакологические параметры, чтобы обеспечить безопасную и эффективную астрофармацевтику».

Стартап Inbrain Neuroelectronics из Барселоны добился разрешения на первые в мире эксперименты с перспективным нейроимплантатом из графена. В отличие от традиционных металлических электродов для считывания активности клеток мозга, графен не подвержен электрохимическим изменениям, что позволит использовать более мощную стимуляцию тканей с выраженным терапевтическим эффектом. Графеновые имплантаты будут не просто считывать сигналы, они будут лечить.

Источник изображения: Inbrain Neuroelectronics

Погружение электродов имплантатов в мозг или их тесный контакт с живыми тканями мозга равнозначно погружению металла в электролит. При прохождении даже слабого электрического сигнала на границе электролит/металл происходят так называемые фарадеевские (электрохимические окислительно-восстановительные) процессы, которые постепенно снижают эффективность электродов. Ситуация усугубляется, если требуется стимулировать ткани мозга более сильными импульсами, что, например, необходимо делать для проведения терапии (лечения).

Инженеры Inbrain Neuroelectronics предложили обойти это ограничение с помощью электродов из графена. Графен — это обычный углерод с высокой проводимостью, обусловленной его строением. В электролите он ни окисляется, ни восстанавливается. Имплантируемый в мозг графеновый датчик в виде массива точек мкм размера сможет считывать импульсы с нервной ткани пациента и, в случае необходимости, возвращать ей стимулирующие импульсы повышенной мощности без опасения вызвать ухудшение в работе электродов, а в мозг лишний раз лучше не влезать, с чем все согласятся.

Впервые в мире датчик Inbrain будет испытан этим летом в Университете Манчестера во время операции по удалению пациенту опухоли головного мозга. Датчик Inbrain будет использоваться в данном случае как регистратор здоровой ткани для определения границ опухоли, чтобы не удалить пациенту незатронутые болезнью области мозга. На следующем этапе датчик будет испытан на больном болезнью Паркинсона. Интерфейс в таком случае помещается в области нигростриарного пути, что поможет с высоким разрешением регистрировать мозговую активность пациента в процессе его активности.

На втором этапе датчик тоже не будет напрямую использоваться для восстановления здоровья пациента. Его задачей станет выявление симптомов, указывающих на улучшение или ухудшение течения болезни. Это должно помочь снизить приём часто небезопасных лекарств до 50 %.

На третьем этапе испытаний графенового нейродатчика его будут использовать непосредственно для терапии болезни Паркинсона. Предложенное решение будет способно выдержать без запуска фарадеевских реакций в 200 раз более сильный импульс, чем металлические электроды. Графеновые имплантаты компания уже проверила на биосовместимость с тканями мозга на «крупных животных» и уверена, что у людей не возникнет проблем совместимости с графеном.

С производством графеновых датчиков всё достаточно просто, заявляют в компании. Они могут выпускаться на любом даже не самом современном полупроводниковом заводе. Их толщина составляет 10 мкм, а точки-контакты будут размерами от 25 до 300 мкм.

Исследователи Массачусетского технологического института создали и испытали вместе с пациентами передовой бионический протез голеностопного сустава. Протез считывает сигналы о мышечных сокращениях на оставшейся части конечности и достраивает алгоритм работы недостающей части, транслируя его в сигналы для электромеханического протеза. С таким протезом пациенты могут танцевать, заявили учёные.

Источник изображения: Hugh Herr and Hyungeun Song / MIT

Операции по ампутации конечностей разрывают нервные связи и мышцы, участвующие в работе конечностей. Эти мышцы делятся на агонистов, которые отвечают за конкретные действия и антагонистов, которые совершают обратное движение. Как предположили в MIT, отсутствие (ампутация) агонистов не помешает восстановить нервный сигнал и реакцию на него протеза, если считать данные с мышц антогонистов.

С помощью специального хирургического вмешательства в процессе ампутации конечности на мышцах антагонистах создаётся интерфейс для считывания импульсов по их сокращению. Также операция должна предусматривать сохранение работы этих мышц, что, вероятно, потребует дополнительных хирургических действий по закреплению мышц со стороны ампутации. Затем эти сигналы считываются протезом голени, который заканчивается механической стопой с несколькими степенями свободы. Контроллер декодирует сигналы с мышц-антагонистов и направляет их на сервомоторы голеностопа, делая ходьбу пациента более естественной.

Нервные сигналы, приходящие в мышцы выше уровня ампутации, соответствуют намерениям человека двигать отсутствующей (фантомной) конечностью. Работа с семью пациентами показала, что во всех случаях интерфейс AMI (мионевральный интерфейс агонист-антагонист) сходу показывает свои лучшие качества, делая походку пациента более естественной и простой, а также снижает посттравматические боли в ампутированных частях конечностей. В MIT рассчитывают, что коммерческий вариант бионического протеза с интерфейсом AMI будет готов через пять лет. А пока на видео выше можно посмотреть, как пациент с механической ногой ходит по лестнице. Это просто фантастика.

Южнокорейский учёный Сок Ву Ли (Lee Seok Woo) создал сверхтонкий аккумулятор для умных контактных линз, заряжать который можно от слёз. Источником энергии для заряда аккумулятора служит глюкоза, которая содержится в слёзах. Первоначально работа была направлена на создание бесконтактных глюкометров для помощи людям с диабетом. Четвёртый эпизод шпионской киносаги «Миссия невыполнима» вдохновил учёного на создание батареи для умной контактной линзы.

Источник изображений: Lauren Choo | CNBC

Толщина «глюкозного» аккумулятора всего 0,2 мм, что примерно в два раза толще человеческого волоса. Его размеры были ограничены толщиной современных контактных линз или примерно 0,5 мм, в которые можно было бы без проблем установить такую батарею. Заявленного напряжения прототипа аккумулятора пока недостаточно для чего-то существенного — оно всего 0,3–0,6 В, но учёные обещают улучшить характеристики продукта. По крайней мере, они знают, к чему стремятся.

Для зарядки аккумулятора, покрытого глюкозой, его помещают в физиологический раствор, насыщенный ионами натрия и хлора (хлоридами). В процессе реакции глюкозы с ионами происходит заряд аккумулятора. После 8 часов нахождения в растворе аккумулятор заряжается до 80 % ёмкости и может потом работать в течение нескольких часов в течение суток. Альтернативный вариант заряда от слёз, очевидно, менее действенный, но тоже рабочий. Чтобы зарядить батарею от слёз нужно чаще плакать, поясняют учёные.

«Раствор слёз также содержит глюкозу. Это означает, что, пока вы носите контактные линзы, ваши слезы также могут заряжать аккумулятор, — говорит Ли. — Если вы будете больше плакать, то сможете зарядить свой аккумулятор ещё больше».

Аккумулятор можно заряжать в физрастворе и обычным методом — подавая на него питание по проводам

Предложенное учёными решение способно помочь сразу с двумя проблемами: обеспечить безопасную зарядку аккумулятора умной контактной линзы и позволить следить за уровнем глюкозы в организме пациентов. На стадии коммерческой зрелости такие линзы будут стоить всего несколько долларов, уверены учёные. Что об этом думают производители, не уточняется.

Человечество столетиями использует медьсодержащие препараты для борьбы с грибковыми и бактериальными заболеваниями растений. Также медь известна способностью при контакте убивать болезнетворные бактерии человека. Добавка меди к покрытию сенсорных экранов значительно снизила бы биологическую опасность использования сенсорных дисплеев в общественных местах, что в «постковидные» времена пришлось бы весьма кстати. К сожалению, медь непрозрачна, но варианты нашлись.

Наноструктурированное антимикробное медное покрытие сенсорных дисплеев. Источник изображения: ICFO

Исследователи из испанского Каталонского института исследований и перспектив (ICREA), Института фотонных наук (ICFO) и корпорации Corning придумали, как сделать медное покрытие дисплеев прозрачным для видимого света и сохранить при этом его бактерицидные свойства. Придуманное решение назвали TANCS или, по-русски «прозрачная наноструктурированная медная поверхность».

На первом этапе процесса на подложку Corning Gorilla Glass нанесли плёнку из меди. Затем с помощью техпроцесса «быстрый термический отжиг» плёнку нагревали до 390 ℃ и выдерживали при этой температуре 10 мин, после чего охлаждали. В результате такой процедуры плёнка растекалась на множество равномерно размещённых медных наночастиц.

Проверка показала, что в таком виде покрытие сохраняет антибактериальные свойства меди, но стало прозрачным, нейтральным по цвету и сохранило электропроводность. Дополнительно поверх пленки были нанесены слои диоксида кремния и фторсиланов (водо- и жироотталкивающих соединений), что дополнительно повысило прочность покрытия и повысило его эффективность.

В ходе испытаний было установлено, что покрытие TANCS в течение 2 ч уничтожает 99,9 % бактерий золотистого стафилококка. При этом покрытие оставалось целым и эффективным даже после многократных процедур очистки чистящими средствами. Проверка по ускоренной процедуре показала, что если в течение 2 лет такое покрытие дважды в день тщательно очищать, то оно полностью сохранит свои бактерицидные и другие свойства.

«Хотя для полноценного коммерческого применения необходимы дальнейшие разработки, это шаг в правильном направлении, позволяющий создать антимикробные сенсорные экраны для общественных или персональных дисплеев», — заявили разработчики.

Очевидно, что присутствие островка жизни на орбите в виде Международной космической станции создало там особые условия для эволюции бактерий, которых никогда не было на Земле. Микрогравитация и радиация заставляют бактерии мутировать непредсказуемым для учёных образом и можно только догадываться, к чему это приведёт. Предварительные исследования показывают, что тенденции выглядят угрожающе.

Источник изображения: NASA

В сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения NASA группа индийских учёных провела анализ бактериальных штаммов с МКС и тех же видов, полученных на Земле. Всего было выделено 13 штаммов бактерии Enterobacter bugandensis. Оказалось, что эта бактерия заселила всё внутри станции и стала доминирующей на её борту. Причём её сравнение с земными прародителями оказалось явно не в пользу последних. Космические колонии Enterobacter bugandensis стали более устойчивыми к антибиотикам, чем их земные сородичи.

Это ещё не катастрофа, но повод задуматься, что будет, когда на орбите появятся коммерческие орбитальные станции и контроль над стерильностью грузов и здоровьем путешественников ослабнет? Но это ещё не все проблемы. Также была обнаружена связь между Enterobacter bugandensis и рядом других бактерий. Так, они оказали поддержку колониям нескольких грамположительных бактерий и, в частности, Staphylococcus saprophyticus, которые могут стать возбудителями инфекций и представлять опасность для людей.

За 24 года на МКС побывало около 300 астронавтов, космонавтов и туристов. Интенсификация полётов, связанных с освоением Луны и окололунного пространства выведет проблему на новый уровень как с количественной точки зрения (в космосе побывает больше людей и грузов), так и с качественной (в отсутствие магнитного поля Земли действие радиации усиливается). Хорошо бы оказаться к этому готовыми.

Традиционно онкология выявляется случайно. Чем раньше это сделать, тем выше вероятность выживания пациента. Но часто источник заболевания остаётся неизвестным, а узнают о нём по появлению клеток метастаз в лимфе или других биологических жидкостях человека. Врачи научились распознавать некоторые из них, но привязка клеток метастаз к видам онкологии остаётся непростой задачей, а ИИ — это тот инструмент, который может делать это лучше.

Клетка метастаз рака молочной железы. Источник изображения: Steve Gschmeissner/SPL

Группа китайских учёных из Тяньцзинского университета опубликовала в журнале Nature статью, в которой поделилась собственным опытом тренировки искусственного интеллекта на распознавание типов клеток метастаз. Они взяли за основу 12 типов наиболее распространённой онкологии, которые сопровождаются выбросом раковых клеток в лёгочную жидкость и жидкость брюшной полости, включая рак лёгких, яичников, молочной железы и желудка. Некоторые другие формы рака, в том числе те, которые возникают в предстательной железе и почках, включить в исследование не удалось, поскольку они обычно не сопровождаются выбросом клеток метастаз в биологические жидкости человека.

По словам учёных, каждый год из 300 тыс. больных раком пациентов, которые проходят лечение в больнице при университете, около 4000 случаев диагностируются с помощью изучения изображений клеток метастаз врачами, но около 300 человек остаются без выявления источника онкологии и их судьба печальна. Против рака нет универсального метода лечения — оно своё для каждого случая, поэтому выживаемость среди больных без диагноза самая низкая.

Исследователи обучили свою ИИ-модель примерно на 30 тыс. изображениях клеток метастаз, обнаруженных в брюшной полости или лёгочной жидкости у 21 тыс. человек, происхождение опухоли у которых было известно. Затем они протестировали свою модель на 27 тыс. снимках образцов клеток метастаз и обнаружили 83-процентное распознавание источника онкологии. Более того, первые три отобранные искусственным интеллектом кандидата на источник клеток метастаз попали в яблочко с точностью 99 %, а ведь появление метастаз — это сигнал о достаточно запущенной онкологии и промедление с диагностированием недопустимо.

Наконец, в процессе анализа примерно 500 изображений ИИ оказался лучшим прогнозистом, чем опытные врачи. Также была проверена группа из 391 пациента, четыре года назад получившая лечение в соответствии с прогнозом ИИ и прогнозами врачей. Оказалось, что если курс лечения соответствовал прогнозу ИИ, то выживаемость пациентов была выше, а если врачи не брали в расчёт прогноз ИИ, то ниже. В сочетании с другими методами диагностики онкологических заболеваний, считают исследователи, использование ИИ для распознавания источников опухолей по идентификации клеток метастаз обещает значительно повысить вероятность лечения этого смертельного недуга.

Некоторые пользователи гарнитуры Apple Vision Pro первого поколения столкнулись с проблемами со здоровьем: от головных болей и болей в шее до тёмных кругов под глазами. По всей видимости, это вызвано давлением устройства на область лица. Apple советует регулярные перерывы в использовании гарнитуры, однако жалобы продолжают поступать.

Источник изображения: Mohamed_hassan / Pixabay

Эмили Олман (Emily Olman), занимающая должность директора по маркетингу в Hopscotch Interactive, поделилась своим неприятным опытом первого знакомства с Apple Vision Pro. После первого использования гарнитуры она обнаружила два «супертёмных синяка под глазами», предположительно вызванных давлением устройства на область скул и щёк.

Проблемы не обошли стороной и Иена Бикрафта (Ian Beacraft), главу консалтинговой компании Signal, который рассказал, что после использования гарнитуры у него появились боли в основании черепа и верхней части спины. Эти симптомы указывают на возможное напряжение, вызванное неестественной позицией головы во время работы с устройством.

Среди сообщества пользователей Reddit также копятся жалобы на гарнитуру Apple, касающиеся постоянных головных болей, напряжения в глазах и дискомфорта, вызванного весом устройства. В то время как некоторым пользователям удалось решить проблему, используя модифицированные ремешки и аксессуары сторонних производителей, другие вовсе не испытывают проблем с гарнитурой и стандартными вариантами ремешков.

В ответ на жалобы Apple ограничилась общими рекомендациями, изложенными в руководстве пользователя. Компания настаивает на необходимости делать перерывы каждые 20–30 минут во время периода адаптации к устройству и прекращать его использование при появлении признаков недомогания. Apple не рекомендует продолжать пользоваться устройством людям, испытывающим напряжение глаз, головную боль или болевые ощущения.

Учёные из Национального института стандартов и технологий (NIST) Министерства торговли США придумали простую насадку для смартфона, которая превратит его в прибор для измерения уровня глюкозы в крови или кислотности жидкостей с лабораторной точностью. Копеечная приставка сможет заменить инструменты для молекулярного анализа стоимостью тысячи долларов США. Для неё подойдёт любой смартфон с магнитным компасом, а кровь не придётся извлекать из пальца.

Источник изображения: NIST

В основе приставки лежат разработанные исследователями тест-полоски из биогидрогеля с вкраплением намагниченных наночастиц. Две полоски закладываются в насадку, а сверху устанавливается капсула с образцом жидкости. В зависимости от конкретного значения pH жидкости или от уровня глюкозы в биологической жидкости пациента верхняя полоска растягивается или сжимается. Намагниченные области также сдвигаются друг относительно друга и это смещение фиксирует встроенный в смартфон обычный магнитный датчик (компас).

На примере смартфона Motorola Moto E образца 2020 года учёные показали, что точность измерения составляет несколько миллионных долей моля. Подобной точности достаточно, например, чтобы уровень глюкозы в крови людей измеряли не по пробе крови, навсегда устраняя эту неприятную процедуру, а по уровню глюкозы в слюне пациента. Также прибор способен делать множество других анализов от медицинских до природоохранных и химических.

Чтобы разработка могла воплотиться в коммерческом продукте, учёным придётся ещё поработать над ней. В частности, остаётся разработка массового производства гидрогелевых тест-полосок, а также поиск способов создавать их стабильными и пригодными к использованию в течение длительного времени при хранении.

Пандемия COVID-19 породила конспирологические теории о чипировании граждан. Со временем население действительно понемногу обзаведётся чипами, но чипирование будет происходить не так и не для того. Прежде всего, встроенные микросхемы получат люди с серьёзными проблемами со здоровьем. И даже здоровым понадобятся чипы для слежения за своим состоянием. Это будут сети из сотен встроенных в тело датчиков и шаг к этому сделан.

Источник изображения: Brown University

Учёные разрабатывают концепцию сети из крошечных беспроводных датчиков, которым не требуется автономное питание. Питание передаётся на них беспроводным способом, а малые размеры означают крайне небольшую потребность в питании. Изюминка разработки в том, что датчики работают не в постоянном режиме, а подобно нейронам в головном мозге человека. Фактически из них создаётся что-то типа нервной ткани, только беспроводной.

Датчик срабатывает только в том случае, если по сети пройдёт сигнал — если появляется необходимость передачи сигнала. В таком режиме система может работать условно бесконечно долго, потребляя минимум энергии. В то же время она будет отслеживать состояние органов и систем человека в режиме реального времени, например, отслеживая заданные биомаркеры в слюне, поте или крови человека.

«Мы имитируем эту структуру [нервной ткани головного мозга] в нашем подходе к беспроводной связи. Датчики не будут отправлять данные постоянно, они будут просто отправлять соответствующие данные по мере необходимости в виде коротких электрических разрядов, и они смогут делать это независимо от других датчиков и без координации с центральным приёмником. Благодаря этому нам удалось бы сэкономить много энергии и избежать переполнения нашего центрального приёмника менее значимыми данными», — пояснили авторы разработки, учёные из Университета Брауна, США.

Эта работа основана на предыдущих исследованиях, проведенных в университете, в которых был представлен новый вид системы нейронного интерфейса, использующей скоординированную сеть крошечных беспроводных датчиков для регистрации и стимуляции мозговой активности. Датчики не обязательно будут использоваться как самостоятельные единицы. На первых порах, очевидно, они будут встраиваться в различные имплантаты. Однако по мере развития миниатюризации подобные датчики будут расширять функциональность и возможности. Здоровье человека — это, прежде всего, предупреждение заболеваний, а не их лечение. Датчики вполне справятся с выявлением проблем на ранних стадиях.

Гонконгская компания Insilico Medicine сообщила, что разработанный с её помощью препарат для лечения идиопатического лёгочного фиброза (ИЛФ) стал первым в мире созданным с помощью искусственного интеллекта лекарством, разрешённым для клинических испытаний. Препарат проходит проверку на 60 пациентах в клиниках США и Китая. На его разработку ушло всего 18 месяцев, тогда как обычно такая работа требует многих лет работ.

Источник изображения: Insilico Medicine

Болезнь ИЛФ буквально забирает жизни возрастных пациентов, а её природа до сих пор неизвестна. В случае развития заболевания пациенты сталкиваются с лёгочной недостаточностью и умирают. Компания Insilico Medicine, созданная в 2012 году в Гонконге учёным-предпринимателем Александром Александровичем Жаворонковым, с самого начала стала практиковать использование генеративных моделей искусственного интеллекта для синтеза молекул по заданным критериям.

На днях в журнале Nature Biotechnology вышла статья Жаворонкова, в которой он сообщил буквально следующее: «Эта работа [поиск мишени и её ингибитора] была завершена примерно за 18 месяцев от обнаружения мишени до доклинического выдвижения кандидата и демонстрирует возможности нашей генеративной системы поиска лекарств, управляемой искусственным интеллектом».

Для начала исследователи на собственной ИИ-платформе обучили алгоритм идентифицировать мишени, ответственные за деструктивные процессы в лёгких. Для этого использовались общедоступные данные и публикации о фиброзе. Это заболевание приводит к утолщению или рубцеванию тканей, что может снизить эластичность органов и лёгких в частности. Фиброз тесно связан с процессом старения, в результате которого возникает хроническое воспаление, приводящее часто к смертельному исходу.

С помощью предиктивной аналитики был выявлен белок TNIK, который стал главной антифибротической мишенью. Затем исследователи использовали генеративный химический алгоритм для создания около 80 кандидатов-молекул. Среди них был найден оптимальный ингибитор, получивший название INS018_055. Это лекарство допущено для клинических испытаний «второй» фазы изучения всех новых препаратов. В клиниках США и Китая препарат и его фармакологические свойства проверяются на 60 пациентах.

Разработка новых лекарств с помощью искусственного интеллекта может быть значительно ускорена на начальных этапах проведения исследовательских работ. Но на этапе клинического испытания работы ускорить нельзя. Пройдёт немало времени, прежде чем даже созданные ИИ лекарства окажутся доступными для повсеместного применения.

От большой науки редко ждут немедленного практического результата, но исключения бывают. Свежим примером стало использование датчика для регистрации столкновений частиц на БАК для картирования тканей головного мозга при работе с опухолями. Датчик помогает определять контуры опухоли и даёт возможность уничтожить её с минимальным вредом для пациента.

Источник изображения: CERN

В обычных условиях для облучения опухоли электронным пучком карта тканей создаётся с помощью предоперационной компьютерной томографии. К моменту операции ткани могут сдвинуться, и работа с опухолью может быть неточной. Разрушение электронным пучком здоровых тканей мозга ни к чему хорошему не приведёт. Пациент может потерять фрагменты памяти, элементы сенсорики и моторики.

Чтобы чётко определять края злокачественной ткани, чешская компания ADVACAM использовала созданный для экспериментов с элементарными частицами датчик Timepix компании Medipix Collaborations. Датчик фиксирует вторичное излучение в виде рассеивания электронного пучка на живых тканях и опухоли. Если картина меняется — в поле действия пучка попадает здоровая ткань — работа пучком по опухоли прекращается. Сейчас это просто остановка процедуры для проведения новой томографии.

В будущем разработчики обещают создать установку для автоматического управления проектором в ходе операции, что упростит и ускорит процедуру удаления опухоли, а также снизит опасность повреждения здоровых тканей. Созданный для задач CERN прибор принесёт фактически немедленную пользу, на которую при его разработке даже не рассчитывали.