Desať fascinujúcich inovácií v medicíne podľa Pavla Čekana

Ilustračný obrázok [Pixabay]

Tento článok je súčasťou Špeciálu: Európska noc výskumníkov: Rozum v čase krízy

Od 3D tlače ľudských orgánov cez genómové nožnice a PCR testy, až po budúcnosť liečby rakoviny. Slovenský vedec Pavol Čekan predstavuje desať fascinujúcich a dôležitých inovácií v medicíne, ktoré povedú ku kvalitnejšiemu a dlhšiemu životu.

Pavol Čekan vyštudoval biochémiu na Islandskej univerzite. Na Slovensku neskôr založil spoločnosť MultiplexDx, ktorá sa venuje diagnostike rakoviny a vývoju PCR testov na COVID-19. Pôsobil na Rockefellerovej univerzite v New Yorku aj na Národnom onkologickom inštitúte v Marylande. Je držiteľom troch patentov.

Nové inovácie predstavil v rámci prednášky na Európskej noci výskumníkov.

1. Pokrok vo výskume mozgu

Mozog je najkomplexnejším orgánom ľudského tela. Existuje v ňom približne 33 miliárd neurónov, ktoré majú tisíce synapsií, prepojení, s inými neurónmi. Mozog naše telo riadi nielen cez deň, ale aj v spánku. Preskúmať ho sa vedci snažia už desaťročia. Dôvodom sú okrem obyčajného vedeckého záujmu aj takzvané neurodegeneratívne choroby. Teda choroby, ktoré vznikajú v dôsledku odumierania niektorých neurónov. Je to napríklad Alzheimer alebo Parkinsonova choroba.

V polovici júna tohto roku sa vedcom z Harvardskej univerzity v spolupráci s technologickou spoločnosťou Google podarilo zostaviť dosiaľ najdetailnejší obraz mozgu, ktorý zobrazuje 50 tisíc buniek, 130 miliónov synapsií a stovky miliónov neurónov. Tento obraz pritom pochádza z 1,1 milimetra mozgového tkaniva v spánkovom laloku.

Problémom však je samotné fungovanie mozgu.

„Ak by sme aj zmapovali celý mozog, pravdepodobne by nám to nepomohlo. Prepojenia mozgu sú totiž závislé na našich skúsenostiach a na tom, čo sme v živote prežili. Každý sme jedinečný,” hovorí Čekan. Navyše, na zmapovanie celého mozgu by vedci potrebovali dataset vo veľkosti niekoľkých zettabajtov. Pre porovnanie, jeden zettabajt je veľkosť všetkých dát uložených na internete v roku 2016.

2. Regeneratívna medicína a 3D tlač tkanív

Regeneratívna medicína je pomerne novým odborom biomedicíny, ktorý sa zameriava na procesy tvorby, inžinierstva a regenerácie ľudských tkanív a orgánov. Jej výsledkom by v budúcnosti mohli byť aj umelé orgány, ktoré môžu nahradiť tie ľudské, v prípade ich zlyhania.

„Už pred 30 rokmi, keď sa tkaninové inžinierstvo len rozbiehalo, sa ľudia pýtali, kedy budeme schopný vyrábať umelé orgány,” hovorí Jordan Miller, bioinžinier z Riceovej univerzity.

Vytlačiť umelé srdce zatiaľ vedci nevedia. Už dnes však dokážu vyrobiť kožu, na ktorej sa dajú testovať rôzne druhy liečiv. Podľa Čekana sú vedci najbližšie k umelej pečeni.

Vedec a biochemik Pavol Čekan. [TASR /Pavol Zachar]

„Problémom 3D tlače orgánov je obrovská sieť ciev, ktoré orgány majú. Cievy sú dôležité, aby orgán správne fungoval a mal všetky potrebné živiny. V budúcnosti to môže byť prelomová technológovia. Môže pomôcť pri rakovine, ale aj pri autonehodách,” dodáva Čekan.

3. Prečítanie ľudského genómu

DNA, alebo aj deoxyribonukleová kyselina, je známa od polovice 19. storočia. Trvalo však až sto rokov, kým jej štruktúru správne popísali James Watson a Francis Crick. V stručnosti, DNA je nositeľka genetickej informácie všetkých organizmov s výnimkou niektorých nebunkových, pri ktorých hrá túto úlohu RNA.

To znamená, že DNA je pre život veľmi dôležitou látkou, ktorá vo svojej štruktúre bunkám zadáva ich program, a tým predurčuje vývoj a vlastnosti celého organizmu.

„Prečítanie ľudského genómu je projekt, ktorý je s nami už desaťročia,” opisuje Čekan. „Nahrubo” sa vedcom genóm podarilo prečítať v roku 2000. Vďaka tomuto projektu ľudského genómu vieme, kde všade sa DNA nachádza a čo všetko definuje – napríklad akú má človek farbu očí, ako má vycibrenú chuť a aj to, či má predispozíciu na určité choroby. Práve predchádzanie chorobám je azda najväčšou priamou pridanou hodnotou v medicíne.

„Je dôležité povedať, že keď sa vedcom prvýkrát podarilo sekvenovať genóm, stálo to približne miliardu dolárov. Dnes sme na úrovni tisíc dolárov,” hovorí slovenský vedec.

Sekvencia genómu je súhrnný termín pre biomedicínske metódy, ktorými sa zisťuje poradie nukleových báz – základných častí všetkých nukleových kyselín vrátane DNA. Zjednodušene povedané, sekvencia je práve ono „prečítanie ľudského genómu”.

4. CRISPR/Cas9

Zo sekvencie DNA nedávno vyústil vývoj novej technológie s komplikovaným názvom CRISPR/Cas9, alebo aj takzvaných genómových nožníc. Vedci túto vedu objavili v baktériách, ktoré sa ňou prirodzene chránia pred vírusmi. Cas9 je enzým, ktorý dokáže doslova prestrihnúť gén, čím zamedzí replikácii vírusu. Prelomom bolo, keď sa vedcom podarilo túto technológiu replikovať aj v ľudských bunkách.

Čekan hovorí, že CRISPR/Cas9 je využiteľný aj pri liečbe rakoviny, keďže ju spôsobuje rozmnoženie určitých génov v bunkách. Rovnako sa dá použiť aj pri kožných chorobách, ktorú spôsobujú mutácie v bunkách.

„V dnešnej dobe vieme takúto bunku zobrať, technológiou CRISPR/Cas9 mutáciu odstrániť a bunku vrátiť do tela opravenú,” tvrdí Čekan.

CRISPR/Cas9 objavili Emmanuelle Charpentier a Jennifer Doudna. V roku 2020 za svoj objav získali Nobelovu cenu.

5. PCR

PCR je v dnešnej dobe veľmi rozšírenou a známou skratkou vďaka RT-PCR testom na COVID-19. Ide o skratku pre polymerázovú reťazovú reakciu, techniku, ktorá umožňuje namnožiť určitý úsek molekuly DNA. PCR metódu vyvinul americký chemik Kary Mullis v roku 1983. O desať rokov neskôr za ňu dostal Nobelovu cenu.

Čekan skonštatoval, že bez jej vývinu by nebolo možné sekvenovať ľudský genóm, a tým pádom by nebola ani CRISPR/Cas9. Takisto by sme nemali ani jeden z najpresnejších testov na COVID.

Slovenská firma je svetovým lídrom v diaľkovej detekcii plynov. Využíva ju armáda aj ochranári

Slovensko v zahraničí nie je symbolom inovácií. Malá firma z Liptovského Mikuláša však vyvinula zariadenie na detekciu plynov zo vzdialenosti až šiestich kilometrov, ktoré vo svete nemá konkurenciu.  

PCR metóda sa v medicíne používa aj na diagnostiku dedičných ochorení a detekciu infekčných chorôb. Vo forenznej genetike zase na identifikáciu a tiež na určovanie otcovstva.

S odkazom Karyho Mullisa pracovali aj slovenské firmy pri vývine vlastných RT-PCR testov na COVID-19. Jednou z nich je aj MultiplexDX.

6. Umelá inteligencia v medicíne

Umelá inteligencia má potenciál takmer vo všetkých oblastiach bežného života. Medicína nie je výnimkou.

„Potenciál umelej inteligencie v medicíne je obrovský,” skonštatoval Čekan. Správna diagnostika človeka si dnes vyžaduje veľké množstvo údajov. Umelá inteligencia dokáže tieto dáta veľmi rýchlo spracovávať. S jej rozvojom môžeme očakávať aj presnejšiu diagnostiku.

„V dnešnej dobe máme nedostatok patológov. V práci na nich často čakajú množstvá snímok, ktoré si nedokážu prečítať. Aj tu vie umelá inteligencia pomôcť,” tvrdí Čekan.

Umelá inteligencia sa v medicíne už používa. Existuje napríklad program IBM Watson, ktorý pomáha onkológom vo voľbe správnej liečby. Využíva sa však aj v kardiológii, neurológii a v mnohých ďalších oblastiach.

Umelá inteligencia zároveň pomáha aj pri vývoji liečiv. Napríklad zrýchlením klinickej validácie vyhľadávaním správnych pacientov.

7. Vakcíny

Vakcíny sú inováciou, ktorá s veľkou pravdepodobnosťou zachránila najviac životov v histórií ľudstva a pomohla vyhladiť dovtedy smrteľné choroby. Moderné vakcíny sa prvý raz objavili v 18. storočí. S prelomovým objavom vakcíny proti kiahňam prišiel britský lekár Edward Jenner, ktorý si všimol, že dojičkám kráv sa jedna z najsmrteľnejších chorôb histórie vyhýba. Jenner zobral hnis z kože dojičky s kravskými kiahňami, chorobe podobnej ovčím kiahňam, a zaočkoval ním osemročného chlapca. Ten sa následne stal voči ovčím kiahňam imúnnym.

Masívne ľudia začali vakcinovať v 20. storočí. Dnes sa očkuje napríklad proti tenanu, rubeole, variole, osýpkam a najnovšie aj proti HPV, ktorý spôsobuje rakovinu krčka maternice.

Vakcíny sa zároveň modernizujú. V minulosti sa očkovalo priamo neaktívnymi vírusmi. Neskôr sa prešlo na vektorové vakcíny, v dnešnej dobe sa známymi stali MRNa vakcíny.

„Je to najjednoduchšia vakcína, akú máme. Ide iba o lipidový obal, v ktorom je MRNa,” hovorí Čekan. MRNa je skratka pre mediátorovú ribonukleovú kyselinu. Jednoreťazovú RNA, ktorá kóduje proteín.

MRNa sa študovali už v roku 2008. V nasledujúcich rokov sa zistilo, že ide o najbezpečnejšie vakcíny. Ich potenciál slúži nielen pre ďalšie varianty koronavírusu, ale aj pre iné choroby vrátane rakoviny.

8. Roboty

Roboty sa v medicíne používajú už dlhší čas. Roboticky asistovaná chirurgia je v zahraničí bežnou metódou, keďže umožňuje vykonávať precíznejšie operácie s rýchlejším hojením rán. Zároveň sa obmedzuje riziko ľudskej chyby, ktoré vznikajú pri dlhých operáciách.

Zaujímavou technológiou sú nanoroboty. Ide o roboty, ktoré sú veľmi malé, niekedy až neviditeľné voľnému oko, ale môžu priniesť cielenú liečbu do buniek alebo orgánov.

Prečo ľudia veria nezmyslom o koronavíruse

Spoločenské vedy ponúkajú niekoľko riešení, ako odolať hoaxom, nepravdám a konšpiráciám Kľúčom k ochrane pred nepodloženými presvedčeniami je kritické a vedecké myslenie.

Na Slovensku je využívanie robotov stále v plienkach. Vyspelé krajiny však na Slovensko nečakajú. Zvažovať sa preto začala aj úloha humanoidov, robotov podobných ľuďom.

„Humanoidi majú veľký potenciál napríklad pri deťoch s autizmom. Zároveň dokáže v istej miere nahradiť prácu sestričky,” skonštatoval Čekan.

9. Včasná diagnostika rakovina

Čím skôr vedci rakovinu zachytia, tým lepšie ju dokážu liečiť. Rakovinová bunka sa delí veľmi rýchlo. Čekan však poznamenal, že tým pádom sa aj rýchlo rozpadá na rôzne bubliny a častice, ktoré sa následne dostávajú do ciev a krvného obehu. Práve v krvi sa nachádza aj takzvané tumorové DNA.

Vedci sa v uplynulých rokoch vyvinuli takzvaný tumorový test, ktorý dokáže rýchlo zistiť výskyt rakoviny. Dokonca ešte pred príchodom prvých symptómov – únavy, bolesti hlavy, bolesti brucha a iných, v závislosti od typu rakoviny.

Pri zisťovaní tumorovej DNA v krvi sa dnes sekvenovaním dá zistiť aj typ rakoviny. Dokonca je možné zistiť aj to, na ktorom orgáne sa už rakovina uchytila. Okrem toho majú vďaka tomuto spôsobu lekári aj na mnoho ďalších informácií, ktoré môžu onkológovi pomôcť prispôsobiť liečbu danému pacientovi.

10. Imunoterapia

Imunoterapia je azda najväčšou inováciou v liečbe rakoviny za posledné roky. Čekan uvádza, že jedným z významných problémov rakoviny je, že rakovinové bunky sa pred imunitným systémom dokážu skryť. Ich bunky totiž disponujú receptormi, ktoré dokážu znefunkčniť spojenie s bielou krvinkou, ktorá je schopná rakovinovú bunku zabiť.

Vedci nedávno prišli na to, že v rámci imunoterapie vedia telu poskytnúť protilátky, ktoré znefunkčnia samotný receptor. Biela krvinka ju v takomto prípade dokáže rozoznať a zabiť.

Imunoterapie sú zatiaľ drahé a majú rôzne negatívne vedľajšie účinky. Čekan si je však istý, že je to budúcnosť liečby rakoviny.

„Možností v liečbe rakoviny je strašne veľa. Strašne sa teším na dobu, ktorá prichádza. Doba, keď už rakovina nebude strašiakom, ale budeme ju vedieť liečiť a bude normálnou súčasťou života,” dodal Čekan.