Сегодня 24 апреля 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → человек
Быстрый переход

ИИ научился точно определять источник рака по клеткам метастаза — это увеличит выживаемость пациентов

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

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.

Конкурент Neuralink соберёт десятки добровольцев для массовых испытаний мозговых имплантатов

Поддержанная инвестициями Билла Гейтса (Bill Gates) и Джеффа Безоса (Jeff Bezos) компания Synchron, которая конкурирует с широко раскрученной в прессе компанией Neuralink Илона Маска (Elon Musk), начала собирать команду добровольцев для массовых испытаний собственных мозговых имплантатов.

 Источник изображения: Synchron

Источник изображения: Synchron

Речь идёт о многих десятках человек. Для начала испытаний необходимо разрешение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), которое компания должна получить.

Нейрозонд Synchron считается более безопасным на всех этапах его использования, чем устанавливаемый прямо на мозг под череп чип Neuralink. Зонд Synchron вводится в яремную вену и по кровеносным сосудам подводится к участку моторной коры головного мозга. К настоящему времени зонд установили десяти пациентам: четырём в Австралии и шестерым в США. Благодаря зонду пациенты с парализованными конечностями получили возможность управлять курсором мышки на экране компьютера, а это прямой путь к социализации больных, которые сейчас обречены на одиночество и информационный вакуум.

По словам представителя компании, она создала реестр пациентов и медицинских учреждений, заинтересованных в участии в испытаниях. На данный момент с Synchron связались около 120 центров клинических испытаний. Это позволяет надеяться на привлечение десятков потенциально ценных кандидатов для участия в испытаниях, которые могут длиться несколько лет, прежде чем будут опубликованы результаты. Проведение подобных испытаний станет шагом в сторону коммерциализации мозгового имплантата Synchron и это, судя по всему, произойдёт намного раньше, чем в случае Neuralink.

Магнитный компас смартфона научили точно измерять уровень сахара в крови и не только

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

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.

Глобальное потепление замедлило вращение Земли, и в этом уже нашли плюсы

Накануне в журнале Nature вышла статья, в которой геофизик Дункан Агню (Duncan Agnew) из Института океанографии Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния, доказал влияние глобального потепления на скорость вращения Земли. Расчёты учёного показали, что отток талых вод с полюса к экватору замедлил и будет дальше замедлять скорость вращения нашей планеты. Но есть и хорошие новости. Они касаются регулярной коррекции времени, которая ведёт к сбою в работе программ.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Согласно данным со спутников, на экватор Земли перетекло достаточно воды с тающих полярных льдов, чтобы форма планеты стала более сплюснутой и менее шарообразной. Лучшая аналогия для этого явления — это выполнение такого элемента в фигурном катании, как центровка, когда спортсмен может замедлять скорость вращения вытягивая руки в стороны и ускорять его прижимая руки к бокам. Так и увеличение объёма планеты в районе экватора замедляет скорость её вращения и фактически делает сутки длиннее.

«Растаяло достаточно льда, чтобы уровень моря поднялся настолько, что мы действительно можем видеть, как это повлияло на скорость вращения Земли», — утверждает Дункан Агню.

Важно отметить, что в масштабе миллиардов и миллионов лет скорость вращения Земли снижалась. К этому подталкивало гравитационное влияние Луны на океаны, что создавало эффект торможения. Например, анализ геологических отложений показывает, что 1,4 млрд лет назад сутки на Земле длились 19 часов.

С появлением атомных часов в 60-е годы прошлого века учёные стали замечать, что скорость вращения Земли увеличивается. Поскольку начались космические полёты, радары, навигация, компьютеры и разная электроника, изменение скорости планеты пришлось как-то соотносить со всемирным координированным временем, базирующимся на атомных часах. С 1972 года для этого была введена високосная секунда, которая позволяла уравнять измеряемое время и реальное суточное вращение Земли. Всё было хорошо до распространения компьютеров и программ, для которых дополнительная секунда стала неимоверной головной болью. Её невозможно было учесть — она вводилась командным методом уполномоченными организациями.

Но настоящий хаос мог наступить при введении отрицательной секунды, которая ни разу не объявлялась. Ожидалось, что её могут использовать в 2026 году. Дело в том, что ядро Земли жидкое и примерно с 70-х годов перемещение потоков в ядре планеты начало ускорять вращение Земли. Это проявилось в том, что високосную секунду с определённого момента стали добавлять реже. Наконец, в 2026 году Земля могла обогнать суточные показания атомных часов, и одну секунду пришлось бы вычесть из всемирного времени.

Работа Дункана Агню показала, что благодаря таянию полярных льдов скорость Земли снизилась настолько, что теперь вычитание одной секунды из всемирного времени можно отложить на три года — до 2029 года и, в целом, их придётся вводить реже. Для метрологов это бальзам на душу, потому что никто не понимает, во что бы вылилась такая коррекция времени. Для самого учёного это повод лишний раз на примерах показать, что деятельность человека напрямую и очень сильно влияет на нашу планету.

Как крупинка соли: беспроводная сеть из встроенных в тело человека датчиков проследит за здоровьем

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

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.

Сгорающие в атмосфере спутники грозят навредить магнитному полю Земли, считают учёные

Группировки спутников связи, подобные сети Starlink, кроме очевидных проблем для астрономических наблюдений и замусоривания орбиты могут нести также другие пока неведомые опасности. Как считает американский физик и кандидат наук из Университета Исландии Сьерра Солтер-Хант (Sierra Solter-Hunt), металлические частички от сгорающих в атмосфере спутников в перспективе могут оказать катастрофическое влияние на магнитное поле Земли с массой неприятных последствий.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Ежедневно в атмосфере планеты испаряется около 50 т камней из космического пространства. После себя они оставляют 450 кг ионизированной пыли (из-за взаимодействия с ионизированными газами в воздухе). Это загрязнение в основном представлено минеральными веществами, тогда как один спутник Starlink второго поколения — это 800 кг фактически чистого металла. При сгорании спутника в атмосфере распыляются токопроводящие металлы и их оксиды. Токопроводящая пыль потенциальна способна создать условия для пробоя и просто повлиять на магнитное поле Земли вплоть до его разрушения в самом критическом случае.

Работа Сьерры Солтер-Хант посвящена исследованию подобной пыли, которую она называет плазменной. Написанная ею работа пока не прошла рецензирование и доступна лишь на сайте arХiv в виде препринта. Познакомившиеся с ней учёные считают выводы коллеги преувеличенными, хотя также признают необходимость дискуссии по этому вопросу.

Очевидно, что в случае развёртывания полномасштабной группировки Starlink из 42 тыс. спутников (не говоря о других) на Землю каждые сутки будут падать десятки аппаратов. Количество металлической мелкодисперсной пыли в атмосфере начнёт расти впечатляющими темпами. Объём токопроводящей взвеси в атмосфере может быстро составить конкуренцию радиационным поясам вокруг Земли. Особенно учёная опасается потери стабильности озоновым слоем, который защищает жизнь на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца. Ранее, кстати, в рецензируемых журналах уже были опубликованы работы по разрушающему влиянию на озоновый слой процесса сгорания алюминия со спутников в атмосфере.

Угроза, стоит отметить, совсем не призрачная. В прошлом году NASA провело исследование стратосферы и верхних слоёв атмосферы, которое показало присутствие там свыше 20 металлов и минералов, которые не встречаются в метеоритах. Они занесены туда падающими и сгорающими спутниками. Это может напрямую повлиять на климат планеты, например, понизив инсоляцию или ускорив образование осадков. Этот вопрос явно нельзя спускать на тормозах и, по крайней мере, это надо обсуждать уже сейчас.

Датчик для Большого адронного коллайдера поможет удалять опухоли головного мозга

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

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.

Учёные придумали, как встраивать фотоэлементы в глаза — это поможет вернуть людям зрение

Потеря зрения — это личная катастрофа, которая сегодня практически не решается. Связано это с хрупкостью глаз, к которым не очень-то подступишься. Стимуляция зрительных нервов требует питания, которое в глазное яблоко так просто не заведёшь. Учёные из Австралии предложили решить проблему с помощью интеграции в глаз фотоэлементов. Они одновременно станут датчиками изображения и источником питания для передачи импульса в мозг.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Работы по интеграции в глазное яблоко кремниевых фотодатчиков уже велись. Например, этим занималась группа профессора Дэниела Паланкера (Daniel Palanker) в Стэнфорде. Это исследование послужило отправной точкой для работы австралийских учёных из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW). Учёные из США использовали в своих исследованиях кремниевые фотоэлементы, в которых для создания импульса нужного напряжения необходимо было соединять вместе по три пикселя, что снижало разрешение.

Удо Ремер (Udo Römer) из UNSW предложил заменить малочувствительный кремний на фотоэлементы из германия или арсенида галлия. Также учёные из Австралии решили создавать прототип глазного нейроимплантата на базе многослойных фотоячеек. Это позволит сохранить достаточно высокое разрешение и выработать достаточное для стимуляции глазного нерва напряжение за счёт улавливания более широкого спектра солнечного света. Такие тандемные солнечные ячейки не являются чем-то новым и хорошо исследованы в других работах.

Созданный в UNSW прототип глаза-фотоэлемента имеет площадь 1 см2. Он показал хороший результат. После доработки фотодатчиков и экспериментах на животных размеры глазного фотонейроимплантата будут уменьшены до 2 мм2 с пикселями до 50 мкм. Сопряжение всего этого со зрительным нервом — это будет уже другая и совсем непростая задача. Но если получилось со стимуляцией слуховых нервов, то почему бы это не вышло со стимуляцией глазных?

Разрабатываемое в Австралии решение не станет полноценной заменой утраченному зрению. Когда-нибудь станет возможным и такое. На первых порах, если дело дойдёт до глазных нейроимплантатов, встроенное зрение будет монохромным и низкого разрешения. К тому же, для стимуляции в глазных яблоках фотоэлементов даже повышенной чувствительности необходимы будут дополнительные носимые устройства типа лазеров в умных очках. Но лучше так передавать в глаза энергию, чем проводами.

Кстати, исследователи подчёркивают, что они не собираются двигаться в сторону киборгов. Разработка ведётся исключительно с целью помочь пациентам вернуть зрение.

Робот-хирург впервые провёл «операцию» в космосе по командам с Земли

Впервые в истории была проверена способность хирургов дистанционно управлять хирургическим роботом в космосе. Тесты проводились на МКС. Связь со станцией происходит с небольшими задержками, что отводит автоматике особую роль. В перспективе хирургические роботы должны будут самостоятельно проводить операции, не полагаясь на операторов.

 Источник изображения: University of Nebraska-Lincoln

Источник изображения: University of Nebraska-Lincoln

Портативный автоматизированный хирургический комплекс spaceMIRA создан молодой компанией Virtual Incision по контракту с NASA. Разработка опирается на проект MIRA (Miniaturized In vivo Robotic Assistant — «Миниатюрный роботизированный ассистент для операций на живом организме»). Это разработка Университета Небраски в Линкольне, выросшая в стартап. Проекту около 20 лет. Он был придуман для проведения дистанционных операций в земных условиях, но нашёл своё продолжение в космических программах NASA в образе spaceMIRA.

 Источник изображения: NASA

Источник изображения: NASA

Согласно планам космического агентства, когда-нибудь роботизированные комплексы станут неотъемлемой частью космических кораблей и станций, чтобы в автономном режиме проводить плановые или срочные операции без участия живых хирургов.

Некоторое время назад прототип хирургического комплекса spaceMIRA был доставлен на МКС для испытаний в условиях микрогравитации. Также было интересно оценить способность автоматики компенсировать запаздывание сигнала с Земли. Размещённый на МКС манипулятор spaceMIRA, состоящий из двух конечностей с захватами и камерой для обзора операционного пространства, управлялся хирургом из штаб-квартиры Virtual Incision. Оператор успешно разрезал с десяток резиновых ленточек на макете, имитирующем работу с живыми тканями.

Можно не сомневаться, что роботизированная хирургия со временем найдёт применение также на Земле. Однако для космоса она представляет особый интерес. Обидно будет долететь до Марса и умереть там от банального аппендицита, если вдруг такое случится. Остаётся пожелать, чтобы развитие проекта шло как можно быстрее, и хорошо уже то, что начало этому положено.

В Китае вживили человеку более безопасную альтернативу мозгового имплантата Neuralink

Группа учёных из Университета Цинхуа сообщила, что разработанный ими мозговой имплантат вернул давно парализованному пациенту подвижность руки. Отмечается, что китайская разработка менее опасна для тканей мозга, чем имплантат компании Neuralink Илона Маска (Elon Musk). Имплантат Маска проникает в нервную ткань и разрушает часть нервных клеток в месте установки, тогда как китайский датчик накладывается поверх нервной ткани.

 Источник изображения: Tsinghua University

Источник изображения: Tsinghua University

На днях Илон Маск признался, что компания Neuralink провела первую операцию по установке мозгового имплантата в голову человека. Датчик Neuralink заглубляет в нервную ткань коры головного мозга тончайшие иглы. Заглубление происходит всего на 2 мм, но оно, без сомнения, разрушает часть нервных клеток в месте установки.

Китайские учёные пошли по другому пути. Около 10 лет команда из Цинхуа разрабатывала имплантат, который сохранял бы достаточную к мозговым сигналам чувствительность и не повреждал бы корковые нейроны, которые лишними не могут быть по определению, поскольку отвечают, в том числе, за память и навыки. Поэтому датчик Neural Electronic Opportunity или NEO, как они назвали свою разработку, помещается в эпидуральное пространство между мозгом и черепом. Оно также заполнено живыми тканями и сосудами, но нервной ткани в них нет.

Датчик NEO не имеет собственного питания. Оно у него беспроводное. Высокочастотная передающая антенна для передачи питания и блок управления, а также передатчик сигналов мозга на смартфон или компьютер смонтированы на внешней стороне черепа. Платформа работает через систему машинного обучения, которая совершенствует свои способности по мере реабилитационных мероприятий.

Первый имплантат был установлен пациенту 24 октября 2023 года. К настоящему времени учёные наблюдают «впечатляющий прогресс». Человек, который последние 14 лет после перенесённой травмы не мог двигать своими руками и ногами, с помощью мозгового имплантата научился управлять элементом экзоскелета на руке настолько, что смог самостоятельно принимать пищу. В декабре была проведена операция на другом пациенте, но он пока проходит стадию восстановления.

«Следующим этапом исследования является разработка нового протокола активной реабилитации с поддержкой интерфейса мозг-компьютер для ускорения роста нервной ткани на месте повреждённых сегментов спинного мозга», — сообщили в университете. Только лечением травм и заболеваниями нервной системы учёные не ограничатся. В перспективе они мечтают соединить мозг и компьютер таким интерфейсом, чтобы одно стало продолжением другого.

Учёные создали крошечное живое сердце на чипе — оно бьётся как человеческое

Ширится и растёт популярность создания на чипах живых имитаторов органов человека. Это даёт возможность безопасно проверять лекарства на человеческих тканях и изучать течение болезней вне тела человека. Электроника позволяет тщательнее следить за процессами и вести сбор данных круглосуточно, что раньше было невозможно.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Новые и ещё не проверенные лекарства и методы лечения способны нанести здоровью намного больше вреда, чем пользы. Особенно это касается лечения онкологических заболеваний, которые уничтожают не только больные клетки, но также множество здоровых. Именно для оценки токсичности подобных лекарств для сердечной ткани учёные из медицинского центра Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе создали «сердце на чипе», которое как и живое бьётся с частотой 60 ударов в минуту.

«В конечном счёте, многоклинические системы на основе hiPSC, такие как представленный здесь ”сердечный чип”, могут снизить зависимость от опытов на животных, которые традиционно используются для доклинического тестирования кардиотоксичности лекарств», — пишут исследователи в статье в The Royal Society of Chemistry.

Индуцированные стволовые плюрипотентные клетки (hiPSC) способны трансформироваться в клетки любого типа. Учёные создали из них два параллельных канала, создав, таким образом, в одном канале подобие мышечных тканей, в другом — аналог кровеносных сосудов. Мышечная ткань смогла неделями оставаться в живом состоянии и демонстрировала характерные для сердечной ткани сокращения с частотой около 60 ударов в минуту.

 Источник изображения:  The Royal Society of Chemistry

Источник изображения: The Royal Society of Chemistry

«Разработанная нами платформа ”сердечный чип” позволяет проводить скрининг потенциально кардиотоксичных химиотерапевтических агентов на нескольких типах сердечно-сосудистых клеток в физиологически релевантной модели», — сообщают исследователи.

Живые ткани оставались функциональными в течение нескольких недель, предоставляя возможность для более длительных исследований того, как лекарства и другие факторы окружающей среды влияют на сердце. Такая платформа не только поможет в разработке более безопасных лекарств, но и сможет больше рассказать учёным о тонкостях сердечных заболеваний, а именно о том, как они начинаются и прогрессируют, и как их можно лечить.

Китай запустил тестовое производство пищевого белка из угля

На основе разработанных в Китае биотехнологий стартовало масштабное опытное производство пищевого белка из обычного угля. Получаемый белок будет использоваться в качестве добавок к кормам для животных. Сегодня для этого Китай закупает до 100 млн тонн сои, что делает его продуктовый рынок уязвимым. В случае успеха белок из угля найдёт применение также в пищевой промышленности и фармакологии.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как бы выглядел протеиновый батончик из угля по мнению ИИ. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Китай богат углём не самого лучшего качества. Значительная часть угля для электростанций, например, закупается в Австралии. В то же время это огромная отрасль как поддерживающая экономику, так и оказывающая вред экологии. Было бы заманчиво использовать уголь для чего-то более полезного и не такого вредного, как его простое сжигание. К примеру, в Китае уже производят из угля этиловый спирт, в котором нуждается химическая промышленность и транспорт на биотопливе. Производство из угля пищевого белка, витаминов и аминокислот вывело бы угледобывающую отрасль на новый уровень с ещё большей пользой для человечества.

Помочь с переработкой угля в белок могут микроорганизмы. Происходит это не напрямую, а в процессе усвоения метанола, который, в свою очередь, получают в процессе газификации угля. Метанол хорошо смешивается с водой и может участвовать в химических реакциях с минимальным использованием специализированного оборудования для ферментации. В газообразной среде такие реакции менее эффективны.

Разработали техпроцесс эффективного получения белка из метанола учёные из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии Китайской академии наук (CAS) под руководством профессора Ву Синя (Wu Xin). Они изучили около 20 тыс. штаммов дрожжей со всего Китая и отделили наиболее перспективный из них — Pichia pastoris (P. pastoris). В последующей работе исследователи модифицировали гены этого штамма, пока не добились высочайшего уровня преобразования метанола в белки. Заявлено, что генно-модифицированный штамм P. Pastoris производит 120 г сухой массы клеток на 1 л, что эквивалентно превращению 67,2 % метанола в белок. Это соответствует 92 % от теоретического значения, что впечатляет.

Работы над превращением метанола в белок ведутся с 80-х годов прошлого века. Но до сих пор не было настолько эффективной реакции, чтобы этот процесс стал экономически выгодным. В перспективе можно будет освободить пахотные земли для выращивания других продуктов, а белок из угля можно будет производить в любую погоду днём и ночью. Учёные уже начали подготовку к масштабному производству кормового белка из угля в объёмах нескольких тысяч тонн. Подробности не разглашаются, но исследователи уверены, что белок из угля найдёт также широкое применение в качестве частичной замены рыбной муки, бобовых, аминокислотных и минеральных добавок и дело может не ограничиться только животноводством.

В США белок из метанола получил разрешение на использование в качестве кормовых добавок для фермерского выращивания лососевых. Производит его компания KnipBio под названием KnipBio Meal. По своим качествам он соответствует рыбной муке. Китай не первый встал на аналогичный путь, но масштабы производства белка из угля в Поднебесной обещают быть грандиозными. Похоже, вскоре к надписям мелким шрифтом на упаковках продуктов питания надо будет относиться ещё серьёзнее.

В России провели первую в мире операцию с роботом-биопринтером для печати мягких тканей прямо на ране пациента

Когда-нибудь роботы станут полноправными автономными участниками медицинских операций на пациентах. Первый шаг в этом направлении сделали российские разработчики. Впервые в мире под присмотром хирурга робот самостоятельно восстановил повреждение мягких тканей пациента непосредственно на ране без какой-либо предварительной подготовки.

 Источник изображений: НИТУ МИСИС

Источник изображений: НИТУ МИСИС

«Мы сделали первый шаг в то будущее, в котором хирурги будут не просто манипулировать роботическими системами, но роботы будут полноправными автономными участниками операций. Создан важнейший прецедент использования биопринтера для залечивания крупных повреждений мягких тканей сразу на пациенте без предварительной подготовки 3Д-моделей и без необходимости имплантации напечатанных заранее эквивалентов ткани», — сообщил директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов.

Систему создали в НИТУ МИСИС совместно с пионерами российской биопечати, компанией 3Д Биопринтинг Солюшенс. Её главной особенностью стало использование коммерчески доступной компонентной базы. В частности, роботизированного манипулятора белорусской компании Rozum Robotics. Биочернила на основе коллагенового гидрогеля были поставлены биотехнологической фирмой «ИМТЕК».

Печать непосредственно на ране представляется наиболее быстрым и доступным способом восстановить ткани пациента. До сих пор для этого ткани для восстановления выращивались отдельно в стерильных условиях, что требовало времени и затрат. Роботизированный комплекс сразу в процессе операции сканировал рану, создавал её 3D-модель и корректировал заполнение с учётом перемещений тела, например, в процессе дыхания. Ранее комплекс был испытан на животных и показал свою состоятельность.

Первая операция на человеке была проведена в Главном Военном Клиническом Госпитале им. академика Н. Н. Бурденко. Живые клетки для «чернил» принтера брались из костного мозга пациента.

«Роботизированной рукой мы напечатали пациенту в области предплечья матрицу биочернилами для замещения дефекта мягких тканей. Композиция состоит из смеси высокоочищенного концентрированного стерильного раствора коллагена и клеток. Такая методика проводилась впервые, она особенно актуальна при множественных осколочных ранениях конечностей, когда донорский ресурс ограничен. При обширных ранениях в перспективе мы планируем сканировать тело полностью и замещать все раны таким методом. Это ускорит время их заживления и позволит сократить время пребывания пациентов в стационаре», — подчеркнул травматолог-ортопед 1 квалификационной категории, хирург Владимир Беседин, контролировавший операцию в ГВКГ им. Н.Н. Бурденко.

Как отметил директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов, в скором будущем мы можем ожидать более масштабного внедрения в клиническую практику технологии биопечати in situ (непосредственно в рану).

Искусственный интеллект научили предсказывать судьбу и время смерти людей

Обученная на данных многолетних наблюдений за 6 млн датчан модель искусственного интеллекта смогла с высокой точностью прогнозировать важные события в жизни людей вплоть до указания даты их смерти. Точность предсказаний можно повысить ещё сильнее, если добавить к данным наблюдений сопровождающие жизнь людей видео, переписку и информацию о социальных связях. Но сначала предстоит решить этическую сторону вопроса.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Совместный проект исследователей из Университета Копенгагена (Дания) и Северо-Восточного университета в Бостоне (США) показал, что модель машинного обучения типа «трансформер» (transformer) может быть использована для прогнозирования событий в жизни людей.

Модель трансформер создавалась для обработки последовательностей, таких как текст на естественном языке. От других моделей она отличается более масштабным распараллеливанием задач и не требует соблюдения последовательности в анализе данных. Оказалось, что модель удачно подошла для упорядочивания данных и прогнозирования того, что произойдёт в жизни человека и даже смогла указать приблизительное время смерти. Более того, по точности предсказания поведения личности и времени её смерти новая модель превзошла все ранее созданные аналогичные модели.

Статья «Использование последовательности жизненных событий для прогнозирования человеческих жизней» с описанием созданной в эксперименте модели life2vec на основе данных о 6 млн датчан опубликована в журнале Nature Computational Science. Также она свободно доступна на сайте arХiv.org.

«Мы использовали модель для решения фундаментального вопроса: в какой степени мы можем предсказать события в вашем будущем, основываясь на условиях и событиях в вашем прошлом? С научной точки зрения нас интересует не столько само предсказание, сколько те нюансы в информации, которые позволяют модели давать такие точные ответы», — рассказал Сун Леманн (Sune Lehmann), профессор DTU и первый автор статьи.

Авторы работы использовали последовательность событий в жизни людей подобно тому, как строится из слов предложение. Собственно по этой причине для работы была взята модель трансформер, которая создавалась для анализа текстов. В то же время модель работает с учётом известных социальных закономерностей и наблюдений, на основании которых не только ИИ, но и обычные специалисты также могут сделать выводы о дальнейшем жизненном пути человека по месту его проживания, профессии, социальному статусу, полу, привычкам и по медицинской карте (посещениям врачей).

Данные для обучения модели life2vec взяты из информации о рынке труда и данных Национального регистра пациентов (LPR) и Статистического управления Дании. Набор данных включает в себя информацию обо всех 6 млн датчан и содержит сведения о доходах, заработной плате, стипендии, типе работы, отрасли, социальных пособиях и т.д. Набор медицинских данных включает записи о посещениях медицинских работников или больниц, диагнозе, типе пациента и насколько внезапным или срочным было обращение за медицинской помощью. Данные для модели представлены за период с 2008 по 2020 годы, хотя по ограниченной возрастной группе данные брались за период с 2008 по 2016 годы.

Авторы исследования отмечают, что для полномасштабного использования подобной модели в социальных целях необходимо ответить на множество этических вопросов. В то же время они подчёркивают, что широко распространённые механизмы по оценке целевой аудитории для рекламы позволяют узнавать о людях не намного меньше и это уже используется. Так что не будет ничего плохого, если модель сможет предсказать какое-нибудь негативное событие в жизни конкретного человека, которое можно будет избежать тем или иным образом. Дату смерти, кстати, модель предсказывает с точностью в пределах четырёх лет.

По словам исследователей, следующим шагом стало бы включение в модель других типов информации, таких как текст и изображения или информация о наших социальных связях. Такое использование данных открывает совершенно новое взаимодействие между социальными науками и наукой о здоровье.

Учёные создали биороботов из клеток человека — они передвигаются на ресничках

Когда-нибудь для лечения человека изнутри будут применяться нанороботы. Они будут доставлять лекарства, устранять дефекты и вести разведку на месте. Сегодня в этом направлении сделан ещё один шаг. Из клеток человека учёные научились создавать «антропоботов», которые проявили себя в заживлении ран.

 Источник изображений: Gumuskaya et al, Advanced Science/10.1002/advs.202303575

Антропоробот из нескольких модифицированных клеток лёгких человека. Источник изображений: Gumuskaya et al, Advanced Science

Исследователи из Университета Тафтса и Технологического института Нью-Джерси объединили усилия для создания микроскопических биологических роботов, которые могли бы помочь исцелить организм после травмы. Это ещё не испытания на людях, но уже кое-что. На колониях живых тканей в чашках Петри было замечено, что предложенное решение способно, как минимум, ускорять заживления порезов.

Каждый антропоробот состоит из нескольких клеток лёгких человека. Эти клетки выращиваются отдельно в особой среде и затем самособираются в комочки. Клетки лёгких обладают ресничками, которые способны на хаотические движения для выполнения ряда биологических функций. Учёным пришлось изобрести такую среду, чтобы реснички росли снаружи клеток по всей их поверхности. Когда клетки собирались в многоклеточную структуру, реснички полностью их покрывали. Такая клетка могла передвигаться в любом направлении.

Учёные выделили два типа клеток: одни были скорее сферической формы, а другие в виде эллипса. Выяснилось, что сферические сгустки преимущественно топтались на месте. Движения ресничек на шарообразной поверхности компенсировали друг друга. Эллипсовидные тела оказались способны к перемещению. Траектория движения зависела от густоты ресничек в той или иной области сгустка, но преимущественно это было движение по кругу.

В своём эксперименте учёные поместили группу изготовленных таким образом антропороботов в имитацию разреза нейронной ткани. Наблюдение показало, что вскоре в разрезе возник мостик между его краями и «рана» заросла за несколько дней. Учёные не могут объяснить механизм и биофизику явления, но считают опыт обнадёживающим и намерены его продолжить. Это примерно соответствует популярному комментарию к научным новостям на нашем сайте: «Ничего не понятно, но очень интересно». Многие удивятся, но большая наука тоже часто начинает с движения в неизвестном направлении.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Еженедельный чарт Steam: No Rest for the Wicked стартовала в тройке лидеров, а Dota 2 вплотную приблизилась к Counter-Strike 2 6 ч.
Олдскульный шутер Phantom Fury наконец вышел в Steam, но первые отзывы настораживают 7 ч.
Руководитель поиска Google призвал сотрудников «действовать быстрее», потому что «всё изменилось» 9 ч.
Приближали как могли: военная стратегия Men of War II выйдет в памятный для серии «В тылу врага» день 10 ч.
Стратегия Songs of Conquest в духе «Героев Меча и Магии» вырвется из раннего доступа уже совсем скоро — разработчики объявили дату выхода 11 ч.
Звезда GTA V пролил свет на отменённое дополнение про агента Тревора 12 ч.
«Лаборатория Касперского» выпустила обновлённое решение Kaspersky Symphony XDR 2.0 13 ч.
Нейросеть Adobe Firefly упростила работу с ИИ-инструментами в Photoshop 13 ч.
Apple купила ИИ-стартап Datakalab, который умеет сжимать нейросети для локальных устройств 13 ч.
МТС даст до 500 млн рублей перспективным блокчейн-стартапам 14 ч.
Tesla пообещала быстрее вывести на рынок новые модели электромобилей, но они будут не такими дешёвыми 43 мин.
Asus увеличила гарантию на консоли ROG Ally в ответ на массовые поломки кардридеров 5 ч.
Apple просчиталась с оценкой спроса на гарнитуру Vision Pro и вынуждена корректировать планы 5 ч.
Новая статья: Обзор смартфона Infinix NOTE 40: плоскость пассажира 6 ч.
LG начала выпуск двухрежимных OLED-панелей — они поддерживают 1080р/480 Гц и 4К/240 Гц 6 ч.
Смарт-очки Ray-Ban Meta получили поддержку видеосвязи, Apple Music и мультимодального ИИ 7 ч.
Razer представила флагманскую беспроводную мышь Viper V3 Pro с частотой опроса 8000 Гц 8 ч.
EKWB признала финансовые проблемы, но у компании новый глава и он обещает вернуть её «на достойный путь» 10 ч.
Noctua представила низкопрофильный кулер NH-L12Sx77 высотой 77 мм для мини-ПК 11 ч.
Новое землетрясение на Тайване заставило TSMC эвакуировать персонал чистых комнат 11 ч.