Medicína budoucnosti: biosenzory a umělá inteligence mohou vést k zániku praktického lékařství, jak ho známe

Jiří Kůs ukazuje síťku na hmyz do okna obsahující nanomembránu, která zachycuje i prach, bakterie či toxické látky, propouští ale molekuly kyslíku a vody. Foto: MK

Není to tak dávno, co pojmy jako umělá inteligence nebo úprava genomu spadaly do žánru sci-fi. Dnes se stávají realitou, a to ne pomalu, ale velmi rychle. Rozvoj zažívají také nanotechnologie, které nacházejí využití v rychlé diagnostice nebo cílené dopravě léčiv. S tím, jak se budou nové technologie šířit a stávat se dostupnějšími, nevyhneme se zřejmě také transformaci celého zdravotnického systému. Někteří odborníci se přitom domnívají, že rychlá diagnostika využívající senzorů umístěných na náplastech nebo nositelných technologiích a vyhodnocení díky mobilním aplikacím povedou k vymizení praktického lékařství tak, jak ho známe dnes. O tom, nakolik jsou tyto vize vzdálené, diskutovali odborníci na konferenci Inovace ve zdravotnictví 2019, kterou v rámci Týdne inovací uspořádala na konci května společnost Pfizer.

 

Nové technologie určitě nejsou samospásné a jejich plnému využití ještě stojí v cestě řada překážek (problematice jsme se věnovali zde). Faktem ovšem je, že už nyní přicházejí do praxe a jsou stále častější. V uplynulých dvou letech tak například americká FDA schválila kolem 14 technologií využívajících umělou inteligenci, letos jich už bylo dalších 23. Umělá inteligence tak dnes může být užívána jako podpora klinického rozhodování, ve zobrazovacích metodách, při vývoji nových metod, ze strany pacientů, kteří díky nim získávají více informací o svém zdraví, nebo třeba v epidemiologii, kde využívá analýzu sociálních sítí.

Velkou naději skýtají také genetické metody pro léčbu vzácných onemocnění, kterých dnes známe zhruba přes 7000 a většina z nich je genetického původu. Léčba je ale bohužel k dispozici jen zhruba pro pět procent z nich. V rámci genetické medicíny lze nalézt tři přístupy: genovou terapii, editaci genu a epigenetiku, která znamená modifikaci exprese genu.

Editace genu obnáší přesnou změnu DNA v konkrétním místě, tedy odstranění, modifikování nebo přidání genu. Jde například o metodu zinkového prstu nebo CRISPR, která umí najít v dědičné informaci požadovaný úsek a Cas9 nukleáza odstřihne zvolené DNA (po modifikaci i RNA). Technologii je možno využít v diagnostice, kdy je díky přenosným senzorům z moči, krve či buněk možné rychle a přesně zjistit infekci či mutaci způsobující onkologické onemocnění. Grafenové biosenzory přitom dokáží detekovat specifické mutace během pár minut.

Co se týče léčby, známe dnes molekulární základ zhruba 6000 chorob, u nichž by šlo metodu využít (dnes umíme léčit jen necelých 500 z nich). V terapii pak je možné metodu použít in vivo nebo ex vivo, kdy se izolují buňky pacienta, které se upraví a je zároveň možno kontrolovat, co se přesně děje, klonovat a vybírat tak, aby mutace byla správně napravena.

„Je tu ale spousta výzev, které musíme řešit. Jde například o efektivitu nosičů a to, když se CRISPR nepodaří doručit na místo rizika onkologického onemocnění. Pokud používáte vektory, může se také sekvence dostat do jiné části genomu. A potřebujete personalizovanou medicínu, protože tu jsou různé imunitní reakce,“ shrnuje vedoucí Českého centra pro fenogenomiku Radislav Sedláček.

Příkladem vyvíjených terapií budiž léčba HIV, při které narušení proteinu zinkového prstu způsobuje, že se virus nemůže navázat. Díky metodě zinkového prstu se už také částečně povedlo léčit pacienta s Hunterovým syndromem. Prostřednictvím CRISPERu je pak možné léčit například kongenitální amaurózu (dědičná dětská slepota), kde se v rámci testů povedlo zlepšit zrak u 60 procent pacientů. Dalším příkladem budiž onemocnění krve beta talasémie, kdy se zničí jeden z genů, který problém způsobuje, a zároveň se zapne kopie tohoto genu. Naději může metoda znamenat také pro pacienty s myelomem, sarkomem nebo melanomem, kde už taktéž běží klinické testy.

K tomu, aby byly tyto metody zaváděny v praxi, ale bude třeba vytvořit vhodné podmínky. „Potřebujeme personalizovaný přístup, specializované laboratoře a standard pro sekvenování nové generace, protože bude nutné znát sekvence genomů těchto pacientů – budeme muset analyzovat nejen mutaci, ale také dopady terapie. Musíme mít i nástroje pro editaci genomu a správně zvolit pacienty,“ načrtává Radislav Sedláček. Nově by tak měla vzniknout centra, kde se terapie individuálně připraví, přičemž bude nutno stanovit, jak přesně u daného pacienta mutaci napravit.

Místo kontroly symptomů vyléčení

Co se týče genové terapie, i ta může probíhat buď ex vivo, nebo in vivo. V prvním případě se vezmou buňky z těla, upraví se a pak se vrátí zpět (příkladem budiž léčba srpkovité anémie). V druhém případě se funkční gen kódující potřebný protein vpravuje prostřednictvím nosiče do těla, kde by měl být gen přepsán a začít produkovat bílkovinu. K přenosu se používá několik technologií – retroviry, lentiviry a adenoasociované viry (AAV).

„Přemýšlejme o nich jako o vesmírné lodi, která se má připojit k vesmírné stanici. Podle toho, jaký vektor vyberete, má různou kapacitu nést geny a platforma AAV je velice dobrá pro svou balicí kapacitu. Snažíme se přitom dostat DNA do chromozomu, kde se integruje a snaží se o ustavení dlouhodobé exprese genu. Znamenalo by to, že by stačila jedna léčba a to by bylo vše,“ vysvětluje ředitel globálního medicínského oddělení pro hemofilii, endokrinologii a IEM při divizi vzácných onemocnění Pfizer Ian Winburn, který se velmi soustředí na léčbu hemofilie. Výzkum Pfizeru v této oblasti se dále zaměřuje také na Duchenneovu svalovou dystrofii, amyotrofickou laterální sklerózu, Friedrichovu ataxii, nemoc Canavanové či Wilsonovu chorobu.

Aby ale snažení bylo úspěšné, musí vědci ještě překonat dvě překážky nastražené imunitou. Při vystavění viru nebo po vakcinaci si totiž tělo vytvoří protilátky, které zneutralizují i virální vektor nesoucí terapii. Proto je nutno znát hladinu pacientových protilátek.

Pokud se vědcům podaří překážky zdolat, mohla by jedna infuze genové terapie u hemofiliků odbourat nutnost pravidelných nitrožilních aplikací srážecího faktoru. „To pak také pro celou zdravotní péči eliminuje obrovskou zátěž související s péčí o chronicky nemocné. Je to převratné i proto, že naše zdravotnictví nejsou vystavěna na úplné vyléčení, ale spíše na kontrolu symptomů. Znamenalo by to tedy rozdělení na vyléčení na jedné straně a na straně druhé na kontrolu symptomů,“ načrtává Winburn.

Podle něj je dnes ve výzkumných fázích jedna až tři 362 genových terapií (120 ve fázi jedna, 210 ve fázi dva, 32 ve fázi tři, a aby toho nebylo málo, je vedle toho v jedné ze tří fází vývoje 362 geny modifikujících buněčných terapií, 263 buněčných terapií a 42 produktů tkáňového inženýrství), což změní pojetí zdravotních systémů. Zhruba 40 genových terapií by přitom mělo být k dispozici do roku 2023. „Je to pro nás hozená rukavice. Jaké základní aktivity k tomu potřebujeme? Samozřejmě odpovídající politiku a strategii, musíme být také schopni hodnotit. Uvědomme si, že jde o jednorázovou léčbu versus dlouhodobé chronické léčení. Jakým způsobem se pak terapie zaplatí, jednorázově, nebo ve splátkách? To jsou otázky, které si musíme začít klást,“ přibližuje Ian Winburn.

Místo zdlouhavých laboratorních vyšetření rychlé biosenzory

Velký rozvoji zaznamenávají také nové materiály a nanotechnologie. Využívat je lze například k dopravě léčiv, kdy je možné hejno nanobotů podobných kapslím nebo trubičkám navigovat do cíle pomocí magnetismu, světla nebo třeba chemicky. Prvního nanobota pro boj s rakovinou už přitom vědci představili v roce 2017.

„Hitem v cílené dopravě léků a v boji proti nemocem pomocí nanotechnologií je také nanozlato nebo nanodiamanty. Látky se v nanovelikosti chovají zcela jinak než v makropodobě. Existují koncepty, kdy dopravíte nanozlato do tkáně zasažené rakovinou, pak se infračerveným zářením ohřeje a dojde tak ke spálení tkáně, kterou chcete zničit,“ popisuje předseda Asociace nanotechnologického průmyslu ČR Jiří Kůs.

V současnosti už také běží řada výzkumů a klinických zkoušek výroby náhradních tkání. V Česku jde například o výrobu náhradní pokožky, pracuje se také na různých konceptech 3D tisku z biologických materiálů. Do budoucna by dokonce nanotechnologie mohly vylepšovat lidské tělo – jako příklad uveďme studii, kdy bylo pomocí nanočástic dopravených do oka laboratorní myši rozšířeno spektrum jejího zraku.

Vedle léčby lze očekávat široké využití nanotechnologií také v diagnostice. Ta je založena na malém senzoru na náramku, náplasti nebo i v e-tetování, který z malého množství tělní tekutiny, jako je pot, zjistí údaje, na které se dnes čeká po odběrech krve v rámci laboratorních vyšetření. Nejde přitom o hudbu budoucnosti – biosenzory na náplastech, které umí nahradit laboratorní testy, už loni vyvinuli odborníci z univerzity v Ohiu. Vyvíjejí se také přenosné testery DNA.

„V mých osobních vizích již nevidím praktického lékaře, jen technologii, kde je propojená senzorika s umělou inteligencí – a pak na konci vidím specialistu. Čeká nás velmi pravděpodobně zánik systému zdravotnictví a praktického lékaře, jak ho dnes známe,“ načrtává Kůs, podle kterého vývoj spěje k personalizované medicíně. Místo několika léků bychom tak dostávali přesné množství léčiva, které by účinkovalo skutečně jen tam, kde je potřebné. „Laboratoř přejde z laboratoří s lidmi v bílých pláštích do mobilních zařízení nebo nositelné elektroniky,“ dodává Jiří Kůs.

„Budeme muset změnit přístup k technologiím. Velká část toho, co dělají lékaři, je rutinní práce. Od toho se bude muset trochu upustit, abychom mohli přistoupit k novým přístupům,“ míní Ian Winburn.

Na druhou stranu nehrozí, že by lékaři v budoucnu nebyli potřeba, jejich činnost a zaměření ale zřejmě bude vypadat jinak než dnes. „Umělá inteligence nikdy nedá přesné ano nebo ne, co se týče diagnózy – vždycky je tam určitá míra nejistoty. Je tedy důležitá odborná, specializovaná znalost. To bude mít vliv na vzdělávání, takže se různé specializace oproti tomu, co je dnes, budou měnit“ dodává zakladatelka Data Insight Cambridge Sobia Hamidová.

Michaela Koubová