Quantumrun

BILLEDKREDIT: Quantumrun

Præcisionssundhedspleje griber ind i dit genom: Future of Health P3

David Tal, udgiver, fremtidsforsker
@DavidTalWrites
LinkedIn

Tue, 09 / 15 / 2020 - 05: 42

Vi går ind i en fremtid, hvor medicin vil blive tilpasset til dit DNA, og dit fremtidige helbred vil blive forudsagt ved fødslen. Velkommen til fremtiden for præcisionsmedicin.

I det sidste kapitel af vores Future of Health-serie udforskede vi de trusler, menneskeheden i øjeblikket står over for i form af global antibiotikaresistens og fremtidige pandemier, samt de innovationer, som vores medicinalindustri arbejder på for at bekæmpe dem. Men ulempen ved disse innovationer er deres massemarkedsdesign - lægemidler designet til at behandle de mange i stedet for designet til at helbrede den ene.

I lyset af dette vil vi diskutere havændringer, der sker i sundhedsindustrien ved hjælp af tre store innovationer - startende med genomik. Dette er et felt, der skal erstatte sygdomsdræbende machetes med mikroskopiske skalpeller. Det er også et felt, der en dag vil se den gennemsnitlige person få adgang til sikrere, mere kraftfulde lægemidler samt sundhedsrådgivning tilpasset deres unikke genetik.

Men før vi går ud i det dybe vand, hvad er genomics egentlig?

Genom i dig

Genomet er summen af dit DNA. Det er din software. Og det findes i (næsten) hver eneste celle i din krop. Lidt over tre milliarder bogstaver (basispar) udgør denne softwares kode, og når den læses, staver den alt, hvad der gør dig til dig. Dette inkluderer din øjenfarve, højde, naturlige atletiske og intelligenspotentiale, endda din sandsynlige levetid.

Alligevel, hvor fundamental al denne viden end er, er det først for nylig, at vi har været i stand til at få adgang til den. Dette repræsenterer den første store innovation, vi vil tale om: The omkostninger ved sekventering af genomer (læser dit DNA) er faldet fra $100 millioner i 2001 (da det første menneskelige genom blev sekventeret) til mindre end $1,000 i 2015, med mange prognoser, der forudsiger, at det vil falde yderligere til øre i 2020.

Anvendelser til genomsekventering

Der er mere ved genomsekventering end at være i stand til at forstå din genetiske herkomst, eller hvor godt du kan holde på din alkohol. Efterhånden som genomsekventering bliver billig nok, bliver en lang række medicinske behandlingsmuligheder tilgængelige. Dette omfatter:

Hurtigere test af dine gener for at identificere mutationer, bedre diagnosticere sjældne genetiske sygdomme og udvikle tilpassede vacciner og behandlinger (et eksempel på denne teknik reddet en nyfødt i 2014);
Nye former for genterapi, der kan hjælpe med at helbrede fysiske svækkelser (diskuteret i næste kapitel i denne serie);
Sammenligning af dit genom med millioner af andre genomer for bedre at forstå (datamine), hvad hvert gen i det menneskelige genom gør;
Forudsige din modtagelighed og dispositioner for sygdomme som kræft for at forhindre disse tilstande år eller årtier før du ellers ville opleve dem, hovedsageligt ved hjælp af sikrere, mere potente lægemidler, vacciner og sundhedsrådgivning tilpasset din unikke genetik.

Det sidste punkt var en mundfuld, men det er også det store. Det staver fremkomsten af prædiktiv og præcisionsmedicin. Dette er to kvantespring i, hvordan vi griber sundhedsvæsenet an, som vil revolutionere kvaliteten af dit helbred, ligesom opdagelsen af penicillin revolutionerede dine forældres og bedsteforældres helbred.

Men før vi graver dybere ned i disse to tilgange, er det vigtigt, at vi diskuterer den anden store innovation, vi antydede tidligere: teknologien, der gør disse medicinske innovationer mulige.

Et CRISPR-kig på gener

Langt den vigtigste innovation inden for genomics-området har været den nye gen-splejsningsteknik kaldet CRISPR/Cas9.

Fornavn opdaget i 1987 menes Cas-generne inde i vores DNA (CRISPR-associerede gener) at have udviklet sig som vores primordiale forsvarssystem. Disse gener kan identificere og målrette specifikt, fremmed genetisk materiale, der kan være skadeligt, og skære dem ud af vores celler. I 2012 udtænkte forskere en metode (CRISPR/Cas9) til at reversere denne mekanisme, så genetikere kunne målrette og derefter splejse/redigere specifikke DNA-sekvenser.

Men det, der virkelig ændrer ved CRISPR/Cas9 (lad os bare kalde det CRISPR fremover) er, at det giver os mulighed for at fjerne eksisterende eller tilføje nye gensekvenser til vores DNA på en måde, der er hurtigere, billigere, nemmere og mere præcis end alle de tidligere anvendte metoder.

Dette værktøj er blevet en af nøglebyggestenene til de forudsigelige og præcise sundhedstrends, der i øjeblikket er i pipelinen. Det er også alsidigt. Det bliver ikke kun brugt til at skabe en kur mod hiv, det er også et værktøj, der nu bruges i landbruget til at producere genetisk modificerede planter og dyr, spiller en nøglerolle i det hurtigt voksende område inden for syntetisk biologi og kan endda bruges til at begynde at redigere genomerne af menneskelige embryoner til skabe designer babyer, Gattaca-stil.

Mellem snavsbillig gensekventering og CRISPR-teknologi ser vi nu, at DNA-læse- og redigeringsværktøjer bliver brugt til at løse en lang række sundhedsmæssige udfordringer. Men ingen af innovationerne vil skabe løftet om prædiktiv og præcisionsmedicin uden tilføjelsen af en tredje banebrydende innovation.

Kvanteberegning dekrypterer genomet

Tidligere nævnte vi det enorme og hurtige fald i omkostningerne forbundet med genomsekventering. Fra 100 millioner dollars i 2001 til 1,000 dollars i 2015, er det et fald på 1,000 procent i omkostningerne, ca. et 5 gange fald i omkostningerne om året. Til sammenligning falder omkostningerne ved computing med 2X om året takket være Moores lov. Den forskel er problemet.

Gensekventering falder i omkostninger hurtigere, end computerindustrien kan følge med, som det ses af grafen nedenfor (fra Business Insider):

Denne uoverensstemmelse fører til, at et bjerg af genetiske data bliver indsamlet, men uden et tilsvarende bjerg af computerkraft til at analysere de store data. Et eksempel på, hvordan dette kan udgøre et problem, er i det udviklende genomiske underområde med fokus på mikrobiomet.

Inde i os alle ligger et komplekst økosystem af mere end 1,000 forskellige typer af bakterier (inklusive vira, svampe og andre mikroorganismer), der tilsammen repræsenterer over tre millioner gener, hvilket overskygger det menneskelige genom med dets 23,000 gener. Disse bakterier udgør omkring et til tre pund af din kropsvægt og kan findes i hele din krop, især i din tarm.

Det, der gør dette bakterielle økosystem vigtigt, er, at hundredvis af undersøgelser binder dit mikrobioms sundhed til dit generelle helbred. Faktisk er abnormiteter i dit mikrobiom blevet forbundet med komplikationer med fordøjelse, astma, gigt, fedme, fødevareallergier, endda neurologiske lidelser som depression og autisme.

Den seneste forskning viser, at langvarig eksponering for antibiotika (især i en tidlig alder) kan permanent skade dit mikrobioms sunde funktion ved at dræbe vigtige, sunde tarmbakterier, der holder de dårlige bakterier i skak. Denne skade kan potentielt bidrage til de ovennævnte sygdomme.

Det er derfor, forskerne skal sekventere mikrobiomets tre millioner gener, forstå præcis, hvordan hvert gen påvirker kroppen og derefter bruge CRISPR-værktøjer til at skabe tilpassede bakterier, der kan bringe en patients mikrobiom tilbage til en sund tilstand – muligvis helbrede andre sygdomme i processen.

(Tænk på det som at spise en af de hipster, probiotiske yoghurter, der hævder at genoprette din tarmsundhed, men i dette tilfælde faktisk gør det.)

Og det er her, vi kommer tilbage til flaskehalsen. Forskere har nu den nødvendige teknologi til at sekvensere disse gener og redigere dem, men uden computerhestekræfter til at behandle disse gensekvenser, vil vi aldrig forstå, hvad de gør, og hvordan man redigerer dem.

Heldigvis for feltet er et nyt gennembrud inden for computerkraft ved at komme ind i mainstream i midten af 2020'erne: kvantecomputere. Nævnt i vores Computernes fremtid serie, og beskrevet kort (og godt) i videoen nedenfor, kunne en fungerende kvantecomputer en-dags behandle komplekse genomiske data på få sekunder, sammenlignet med år ved brug af nutidens top supercomputere.

Dette næste niveaus processorkraft (kombineret med den beskedne mængde kunstig intelligens, der nu er tilgængelig) er det manglende ben, der er nødvendigt for at støtte forudsigende og præcis medicin til mainstream.

Løftet om præcis sundhedspleje

Precision healthcare (tidligere kaldet personlig sundhedspleje) er en disciplin, der har til formål at erstatte nutidens "one size fits all" tilgang med effektiv medicinsk rådgivning og behandling, der er skræddersyet til en patients genetiske, miljømæssige og livsstilsfaktorer.

Når du først var blevet mainstreamet i slutningen af 2020'erne, kunne du en dag besøge en klinik eller et hospital, fortælle lægen dine symptomer, give afkald på en dråbe blod (måske endda en afføringsprøve), så efter en halv times ventetid, ville lægen vende tilbage med en komplet analyse af dit genom, mikrobiom og blodanalyse. Ved at bruge disse data ville lægen diagnosticere den nøjagtige sygdom (årsagen) til dine symptomer, forklare, hvad med din krops genetik gjorde dig modtagelig for denne sygdom, og derefter give dig en computergenereret recept på et lægemiddel, der er specialdesignet til at helbrede din sygdom på en måde, der komplimenterer din krops unikke immunsystem.

Gennem en fuld sekventering af dit genom, kombineret med en analyse af, hvordan dine gener dikterer dit helbred, vil din læge en dag ordinere sikrere, mere kraftfuld medicin og vacciner, ved mere nøjagtige doser for din unikke fysiologi. Dette tilpasningsniveau har endda affødt et nyt studieområde—farmakogenomik- Det handler om måder at kompensere for genetiske forskelle hos patienter, som forårsager forskellige reaktioner på et enkelt lægemiddel.

At helbrede dig, før du bliver syg

Under det samme hypotetiske besøg hos din fremtidige læge og ved at bruge den samme analyse af dit genom, mikrobiom og blodarbejde, ville det også være muligt for lægen at gå ud over det ved at anbefale specialdesignede vaccinationer og livsstilsforslag med mål om at forhindre dig i en dag at opleve visse sygdomme, kræftformer og neurologiske lidelser, som din genetik disponerer dig for.

Denne analyse kan endda udføres ved fødslen, og derved give din børnelæge mulighed for at tage en mere proaktiv rolle i dit helbred, som kunne betale sig et godt stykke ind i din voksenalder. Og på sigt kan det meget vel komme til at ske, at kommende generationer kan opleve et stort set sygdomsfrit liv. I mellemtiden kan forudsigelse af sygdomme og forebyggelse af potentielle dødsfald på kort sigt hjælpe med at spare op til $20 milliarder årligt i sundhedsudgifter (USA-systemet).

Innovationerne og tendenserne beskrevet i dette kapitel beskriver en overgang væk fra vores nuværende system med "sygepleje" til en mere holistisk ramme for "sundhedsvedligeholdelse." Dette er en ramme, der lægger vægt på at eliminere sygdomme og forhindre dem i at opstå helt.

Og alligevel er dette ikke slutningen på vores Future of Health-serie. Sikker på, prædiktiv og præcis medicin kan hjælpe dig, når du bliver syg, men hvad sker der, når du kommer til skade? Mere om det i vores næste kapitel.