Декан ФТМИ ИТМО и венчурный инвестор Антон Гопка в ходе научно-популярной лекции рассказал о том, как в 2020 году радикально изменился сектор Life Science, а руководитель НОЦ Инфохимии Екатерина Скорб и научный сотрудник SCAMT Елена Кошель поделились актуальными разработками ИТМО для борьбы с пандемией. ITMO.NEWSприводят главные тезисы их выступлений.
Экономика и пандемия COVID-19. Источник: shutterstock.com
Рост сектора Life Sciences
Если говорить о науках о жизни в контексте рынка технологий и услуг, то сюда относятся не только медицина и здравоохранение, но и множество не таких очевидных секторов экономики. Это фудтех и агротех, биотехнологии и альтернативная энергетика, растущий рынок wellness-услуг и продуктов, огромный рынок ветеринарии и товаров для животных, даже ИТ-технологии, новые революционные методы хранения данных и многое другое.
Примерно треть всех венчурных инвестиций в мире идет именно в сектор Life Sciences. Несмотря на финансовые кризисы последних лет, этот рынок растет в геометрической прогрессии и бьет рекорды инвестиционной доходности. Об этом рассказал в ходе открытой лекции декан факультета технологического менеджмента и инноваций Университета ИТМО Антон Гопка.
За прошлый год индекс NASDAQ компаний из сектора здравоохранения и биотеха, вырос на 52% — даже больше, чем сектор IT (он вырос на 42%). И это несмотря на то, что рынок IT был одним из главных бенефициаров пандемии. Рекордное количество компаний, связанных с биотехнологиями, вышло на IPO в прошлом году, рекордное количество инвестиций было привлечено в этот сектор — только в США они достигли суммы более 20 миллиардов долларов.
Но может возникнуть вопрос: а не пузырь ли это? Откуда такой бум? Дело в том, что последние несколько десятилетий стремительно растет число стареющего населения, прежде всего это касается развитых стран. Очень скоро число людей старше 60 лет перевалит за миллиард — при этом это активные, достаточно обеспеченные потребители услуг, которые готовы вкладываться в свое здоровье. Нельзя не отметить и растущего интереса к вопросам ментального здоровья и сферы велнес — этот рынок также растет экспоненциально.
Новые знания и новые технологии в области наук о жизни позволяют разрабатывать невероятные решения. Например, компания Iridia использует новые достижения в области молекулярной химии и полупроводниковых технологиях для разработки способа кодировать и хранить данные в ДНК-битах. А всем известная Neuralink Илона Маска разрабатывает нейроинтерфейсы для соединения людей и компьютеров. И таких примеров будет все больше и больше.
Влияние пандемии на рынок и скачок в технологиях
Пандемия стала своего рода стресс-тестом для системы здравоохранения по всему миру. Раньше считалось, что США — страна, которая больше всех остальных готова к чрезвычайным ситуациям, а в итоге оказалась лидером по числу смертей. По оценке международного валютного фонда для глобальной экономики потери от пандемии составляют более 22 триллионов долларов.
Пандемия полностью перевернула весь рынок и изменила отношение главных его игроков ко всем бизнес-процессам. Глобальные корпорации сейчас действительно задумались об устойчивом развитии, и теперь готовы вкладывать в это средства.
Весь мир сделал невероятный скачок в цифровизации всего. Например, к цифровизации медицины медленно шли последние несколько лет. А уже в первые месяцы пандемии в США 40% визитов к врачам происходили в дистанционном формате — средствами телемедицины.
На наших глазах происходили необратимые изменения, которые еще недавно казались невозможными. Мы наблюдали соревнование за создание вакцины в немыслимые ранее сроки — первая вакцина была разработана всего за девять месяцев и почти сразу перешла в стадию клинических испытаний. Обычно процесс разработки нового лекарства занимает не менее десяти лет. К вакцинам требования еще строже — ведь предполагается, что ими будут пользоваться миллионы людей. До этого рекордом считалась разработка вакцины от Эболы, которая заняла пять лет.
В этой гонке выиграли не фармгиганты, от которых это было ожидаемо, а небольшие компании и научные группы при университетах. И заработали на этом больше всех остальных Оксфордский университет, который продал 2,6 миллиарда доз своей вакцины, и американская компания-аутсайдер Novavax (1,3 миллиарда доз), которая до этого вообще была на грани банкротства.
Еще одной революцией стала и сама технология разработки вакцин. Классический способ использует для создания вакцины инактивированный вирус — это самый старый и проверенный метод. Потенциально он мог бы оказаться самым эффективным средством от мутировавших форм вируса, но с ним много проблем: работать с такими вакцинами можно только в специальных условиях с высоким уровнем биобезопасности, а это уже накладывает и на объемы производства, и на транспортировку.
Новые же вакцины от коронавируса используют платформенные технологии: ген с белком-«шипом» (который вирус использует для внедрения в клетку человека) вставляется в готовую платформу (наночастицу). Этот комплекс попадает в ядро человеческой клетки и провоцирует ее вырабатывать антитела и Т-киллеры. Это была совершенно не апробированная и непроверенная технология, которая в чрезвычайной ситуации была быстро запущена в массовое тестирование. И конечно же, никто не ожидал, что она покажет эффективность в 95%.
Цифровая революция: биоинженерия, дигицевтика и ИИ
Большой прорыв в последние годы произошел в области цифровизации медицины, биотехнологий, фармацевтики и использования возможностей искусственного интеллекта для решения задач из этой области.
Благодаря развитию биоинформатики, геномики, новых материалов, медицинские исследования переходят к более инженерным, хорошо контролируемым и предиктивным механизмам. Мы стали больше понимать, как устроена цепочка ДНК — оказалось, что чисто с биоинженерной точки зрения все довольно просто. По сути, с генетической информацией можно работать как с набором данных и цифр.
Мы сейчас можем четко видеть и понимать, как и на что конкретно воздействует тот или иной продукт или препарат. Мы можем разрабатывать таргетированные механизмы доставки лекарств и работать с мишенями. Можем использовать искусственный интеллект и средства машинного обучения при разработке лекарств и средств диагностики.
Одним из главных глобальных трендов в медицине сейчас являются методы генной терапии. Их можно разделить на три вида: Ex-vivo, In-vivo и РНК-технологии. Первый тип — это клеточная иммунотерапия, которую сейчас все активнее применяют при борьбе с раком. У пациента забираются клетки крови, проводят их активацию — превращают в Т-киллеры — и возвращают обратно в организм пациента, где они начинают бороться с опухолью изнутри. Надо сказать, что это первая одобренная генотерапия в мире — лидеры этой области компании Juno Therapeutics и Kite Pharma смогли получить разрешение на использование в 2017 году.
In-vivo — это трансформационная терапия на базе платформы редактирования генов CRISPR. Эта разработка пока что вызывает много споров и сомнений, потому операции по редактированию генов необратимы, и не совсем понятно, как на это смотреть с этической точки зрения. При этом, несмотря на то, что никаких продаж у компании CRISPR Therapeutics нет и пока быть не может, за последний год ее индекс NASDAQ вырос почти на 200% — компания стоит 12,4 миллиарда долларов.
РНК-технологии как раз активно использовались при разработке вакцин от коронавируса. Проще говоря, это блокирование какой-то части РНК, которая отвечает за производство конкретных белков. По сути, это включение и выключение определенных генов — при этом процесс обратимый, в отличие от технологий генной терапии. Компания Moderna, которая занимается этими разработками с 2010 года, за период пандемии выросла в восемь раз и теперь оценивается в 63 миллиарда долларов — благодаря тому, что смогла разработать вакцину, официально одобренную Европейской комиссией.
Еще одним весьма перспективным направлением, связанным с генетическими исследованиями, стала синтетическая биология — создание новых живых организмов с нуля или редактирование генома уже существующих. Например, компания Precigen смогла вывести москитов, которые не переносят малярию, а Synthetic Genomics научилась выращивать дополнительные органы в теле свиней для трансплантологии.
Цифровизация активно внедряется и в диагностику, и в процесс создания лекарств. Компания Grail разрабатывает методику выявления раковых заболеваний на самых ранних стадиях на базе искусственного интеллекта. Schrodinger создает платформу на базе ИИ для химического моделирования, что позволяет более быстро и эффективно изучать молекулы и создавать новые.
В последнее время развивается и такое направление, как дигицевтика, или цифровая терапия. Это различные неинвазивные решения, в основном приложения для телефона, которые помогают бороться с болезнями на уровне коррекции поведения. Например, Pear Therapeutics помогает людям справиться с зависимостью от алкоголя или наркотиков — компания финансируется напрямую из государственного бюджета и ее разработка выписывается пациентам лечащим врачом. А игры от AKILI interactive показали свою эффективность в лечении детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности.
Решения, разрабатываемые в ИТМО
О применении методов машинного обучения в химии рассказала директор научно-образовательного центра инфохимии Екатерина Скорб. В частности, она представила новую разработку центра — сенсорные экспресс-системы для диагностики на месте оказания помощи (point-of-care).
В целом инфохимия — фундаментальная экспериментальная область, изучающая возможность записи и хранения информации на молекулярном уровне, роботизацию и цифровизацию в химических технологиях. В НОЦ Инфохимии ИТМО главный фокус делают на сложных системах и способах управлять ими, математически предсказывать их поведение. Фундаментальные знания об устройстве и поведении таких систем, а также новые возможности инженерии позволяют создавать доступные диагностические приборы нового поколения.
Экспресс-тест BioITMO`s уникален тем, что может одновременно распознавать в образце и антиген, и антитело, и их комплекс — что дает информацию о стадии заболевания, причем с точностью 93%. Создать такое решение помогло машинное обучение, в котором использовались образцы из Научного центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М.П. Чумакова.
Изначально платформа разрабатывалась для обнаружения клещевого энцефалита, но ее универсальность позволяет адаптировать систему под практически любой вид вируса.
Елена Кошель, доцент Химико-биологического кластера Университета ИТМО, руководитель группы «Микробиология», рассказала о том, как биоинформатические методы и геномные исследования коронавируса важны для определения его мутаций, их распространения по регионам мира, и клиническую картину, которую каждая из этих мутаций дает. Так, группа Прикладной геномики SCAMT разработала уникальный пайплайн, который может одновременно анализировать огромное количество геномов из разных баз данных. Это позволило выявить 19 уникальных мутаций коронавируса, которые распространены именно в России. Также найти подход к фильтрации ложноположительных мутаций в геноме коронавируса.
Совместно с компанией Auriga разработан веб-ресурс для отслеживания научных публикаций по конкретным мутациям и был создан специальный фильтр для тех вариантов генома вируса, которые встречаются в единственном экземпляре и не представляют ценности для исследований.
Также Елена Кошель рассказала об уникальной технологии ДНК-роботов и тестовых систем диагностики на ее основе, о которых мы подробно писали в нашем материале.
Посмотреть полное видео лекции можно по ссылке.
