COVID-19 z dnia na dzień wywrócił nasze życie „do góry nogami”. Zostaliśmy zmuszeni pozostać w domach, przejść na pracę i naukę zdalną, a wiele osób straciło zdrowie oraz życie. Czy pomimo tych wszystkich negatywów możemy znaleźć jakieś pozytywy? Czy pandemia przyniosła coś dobrego? W poniższym artykule opowiadamy o trzech medycznych innowacjach- szczepionki genetyczne, technologia noszona na ciele oraz produkcja nowych leków, które rozwinęły się dzięki pandemii oraz o tym, jak wpłyną na przyszłość medycyny.
Szczepionki genetyczne
Pierwszą innowacją, którą napędziła pandemia było wynalezienie szczepionki. Podczas pierwszej fali koronawirusa niemal cały świat szukał skutecznego lekarstwa. Deborah Fuller – profesor mikrobiologii na Uniwersytecie w Waszyngtonie zajmująca się wirusologią, bionanotechnologią oraz badaniami dotyczącymi szczepionek między innymi na HIV i grypę zauważyła, że minęło już trzydzieści lat od momentu, w którym to naukowcy po raz pierwszy wstrzyknęli myszom geny obcego patogenu, aby wywołać odpowiedź immunologiczną. Pierwsze szczepionki oparte na genach miały swoje wzloty i upadki. Zarówno mRNA oraz DNA były przede wszystkim trudne do przechowywania i nie dawały oczekiwanej odporności. Badacze przez lata udoskonalali badania mając na celu wywołanie bardziej efektywnej odpowiedzi immunologicznej u pacjentów. Do 2019 roku wiele laboratoriów akademickich i firm biotechnologicznych posiadało dziesiątki potencjalnie obiecujących szczepionek mRNA i DNA na choroby zakaźne, jak również na raka w 1 i 2 fazie rozwoju. Gdy wirus zaczął się rozwijać, szczepionki mRNA były gotowe do przetestowania w praktyce. Naukowcy byli zdumieni ich olbrzymią, bo aż 94-procentową skutecznością. Nasuwa się pytanie, w czym szczepionki genetyczne są lepsze od tych tradycyjnych i czy są bezpieczne? Aby na to odpowiedzieć, przyjrzyjmy się w jaki sposób działają.
Szczepionki starszej generacji, czyli te na świnkę, odrę czy grypę zawierają fragment lub całość wirusa, który został poddany procesowi osłabienia, tak aby nie być zdolnym to wywołania faktycznej choroby. Opracowanie szczepionek tego typu jest bardzo pracochłonne i często trwa latami. Najpierw należy wyhodować patogen, z którego będzie można wyizolować dany fragment, który następnie zostanie osłabiony. Potem opracować skład, wymyślić sposób wytwarzania, dystrybucji i przechowywania. Szczepionki mRNA znane są już od lat 90. XX wieku i miały zastosowanie w leczeniu wścieklizny czy wirusa Zika. Zawierają one samo mRNA wirusa, czyli przekaźnikowy rodzaj kwasu rybonukleinowego, który potocznie można nazwać „notatką”, „instrukcją”, pochodzącą z DNA zawartego w jądrze komórkowym, a nie z całego osłabionego wirusa. Po jej podaniu, organizm człowieka wysyła sygnał do produkcji przeciwciał oraz wywołuje silną odpowiedź limfocytów T, która może usunąć infekcję, jeśli taka wystąpi. W praktyce oznacza to, że te szczepionki lepiej reagują na mutacje i że mogą być w stanie wyeliminować przewlekłe infekcje lub komórki rakowe. Po uzyskaniu sekwencji genetycznej nowego patogenu, zaprojektowanie szczepionki DNA lub mRNA trwa kilka dni. Profesor Deborah mówi: „Jako ktoś, kto pracuje nad tymi szczepionkami od dziesięcioleci, wierzę, że ich udowodniona skuteczność przeciwko COVID-19 zapoczątkuje nową erę wakcynologii ze szczepionkami genetycznymi na czele”. Obecnie wiele szczepionek genetycznych jest już na zaawansowanych etapach badań klinicznych.
Technologia noszona na ciele i wczesne wykrywanie chorób
Starzenie się społeczeństwa, zanieczyszczenie środowiska, zła dieta i niewłaściwy styl życia sprawiają, że częściej niż kiedykolwiek myślimy o stanie naszego zdrowia. Z pomocą przychodzi nam technologia noszona na ciele (z ang. wearable tech) obejmująca urządzenia noszone na nadgarstku, inteligentne ubrania i biżuterię, okulary VR oraz aplikacje na co dzień monitorujące nasze organizmy. Jej użycie jeszcze bardziej upowszechniło się podczas pandemii. Naukowcy badają praktyczne zastosowanie inteligentnych zegarków, pierścieni i innych urządzeń nadających się do noszenia na ciele, które potrafią mierzyć temperaturę, tętno, poziom aktywności i inne dane biometryczne danej osoby. Dzięki tym informacjom są w stanie wykrywać infekcje COVID-19, zanim ludzie zauważą jakiekolwiek objawy. Albert H. Titus – profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie w Buffalo zauważa, że pandemia skupiła jeszcze większą uwagę wielu badaczy na nowe technologie. Duża liczbia osób potencjalnie zakażonych koronawirusem dała naukowcom dużą populację, z której mogli czerpać i testować hipotezy oraz wykrywać objawy zakażenia lub innych chorób, zanim staną się zauważalne. Obecnie szybciej niż kiedykolwiek rozwija się infrastruktura IoMT (Internet of Medical Things) tak aby w bardzo szybkim czasie dane, wraz z analizą mogły docierać do gabinetu lekarza bezpośrednio poprzez aplikację na telefonie, czy komputerze. Na przykład urządzenie Medilync Insulync, składające się z glukometru i czytnika poziomu insuliny, może niemal w czasie rzeczywistym analizować dane na temat poziomu cukru we krwi, dawki insuliny, pulsu i ciśnienia krwi. Dodatkowo istnieje możliwość połączenia go z planem posiłków i ćwiczeń od partnerów takich jak MyFitness Pal, po to aby zapewnić najbardziej optymalne opcje dla pacjenta. Urządzenie to jest niezwykle przydatne dla diabetyków. Innym przykładem technologii noszonej na ciele jest WristOx2, czyli inteligentny pulsoksymetr noszony na nadgarstku, który monitoruje i mierzy tętno oraz poziom natlenienia krwi. Może on być używamy zarówno w szpitalu, jak i w warunkach domowych, aby zdalnie monitorować tętno i natlenienie krwi. Technologia noszona może również odbierać i gromadzić dane biometryczne, takie jak tętno (EKG i HRV), fale mózgowe (EEG) i bio-sygnały mięśniowe (EMG) i wiele innych.
Odkrywanie leków na nowo
Jak to się dzieje że chorujemy? Istnieją dwa główne rodzaje chorób: zakaźne i niezakaźne. Poniżej przyjrzymy się tym zakaźnym, które wywoływane są przez patogeny, takie jak bakterie, wirusy, grzyby i pasożyty. Mogą się one dostać do organizmu przez powietrze, którym oddychamy, żywność i napoje, które spożywamy lub przez otwory w skórze, takie jak skaleczenia i rany. Jednak dzięki naszemu układowi immunologicznemu nie każdy patogen, który dostanie się do organizmu, powoduje chorobę. Niestety, patogeny mają zdolność do dostosowywania się i ewolucji znacznie szybciej niż układ odpornościowy, co oznacza, że czasami mają przewagę, zwłaszcza jeśli nasz układ odpornościowy jest osłabiony. Nevan Krogan – profesor farmakologii komórkowej i molekularnej oraz dyrektor Quantitative Biosciences Institute na Uniwersytecie w Kalifornii wyjaśnia mechanizm zakażenia. Białka w naszym organizmie pełnią rolę molekularnych maszyn, które sprawiają, że komórki działają prawidłowo. Kiedy białka źle funkcjonują lub są zajmowane przez patogen, wtedy wzrasta ryzyko zapadnięcia na chorobę. Większość leków działa poprzez zakłócanie działania jednego lub kilku nieprawidłowo działających, czy porwanych białek. Tworząc nowe leki do leczenia określonej choroby naukowcy badają geny i białka, na które choroba ma bezpośredni wpływ, na przykład gen BRCA, który chroni ludzkie DNA przed uszkodzeniem jest ściśle powiązany z rozwojem raka piersi i jajnika. Chcąc wynaleźć leki na raka badacze analizują funkcję białka BRCA mając na uwadze, że pojedyncze białka nie działają w izolacji i nie są wyłącznie odpowiedzialne za chorobę. Są one częścią skomplikowanych sieci połączeń między innymi białkami, odpowiedzialnymi za prawidłowe funkcjonowanie organizmu. Profesor Korgan mówi: „od kilku lat moi koledzy i ja badamy potencjał tych sieci, aby znaleźć więcej sposobów, w jakie leki mogą złagodzić chorobę. Kiedy wybuchła pandemia koronawirusa, wiedzieliśmy, że musimy wypróbować to podejście i sprawdzić, czy można je wykorzystać, aby szybko znaleźć lekarstwo na to pojawiające się zagrożenie. Natychmiast rozpoczęliśmy mapowanie rozległej sieci ludzkich białek, które przechwytuje SARS-CoV-2, aby mógł się replikować. Kiedy stworzyliśmy tę mapę, zlokalizowaliśmy ludzkie białka w sieci, do których leki mogłyby z łatwością celować. Znaleźliśmy 69 związków, które wpływają na białka w sieci koronawirusa. 29 z nich zostało już zatwierdzonych przez FDA do leczenia innych chorób. 25 stycznia opublikowaliśmy artykuł pokazujący, że jeden z leków, Aplidin (Plitidepsin), obecnie stosowany w leczeniu raka, jest 27,5 razy silniejszy niż Remdesivir w leczeniu COVID-19, w tym jeden z nowych wariantów leku został zatwierdzony do badań klinicznych fazy 3 w 12 krajach jako leczenie nowej mutacji koronawirusa. Pomysł mapowania interakcji białek chorób w celu poszukiwania nowych leków nie dotyczy tylko koronawirusa. Teraz zastosowaliśmy to podejście w przypadku innych patogenów, a także innych chorób, w tym raka, zaburzeń neurodegeneracyjnych i psychiatrycznych. Mapy te pozwalają nam połączyć kropki między wieloma pozornie odmiennymi aspektami pojedynczych chorób i odkryć nowe sposoby ich leczenia przez leki. Mamy nadzieję, że to podejście pozwoli nam i badaczom z innych dziedzin medycyny odkryć nowe strategie terapeutyczne, a także sprawdzić, czy jakiekolwiek stare leki można zastosować w leczeniu innych schorzeń”. Możemy być przekonani, że wraz z rozwojem medycyny będziemy świadkami nowych genialnych odkryć zastosowania dotychczas znanych substancji i leków do leczenia chorób, które nękają obecnie ludzkość.
W artykule tym omówiliśmy trzy innowacje na jakich rozwój wpłynęła pandemią, czyli szczepionki genetyczne, technologia noszona na ciele oraz produkcja nowych leków. Szczepionki DNA i mRNA, w porównaniu z tradycyjnymi typami szczepionek są znacznie bardziej efektywne i skuteczne, ponieważ wykorzystują jedynie kod genetyczny patogenu, a nie całego wirusa czy bakterię. Opracowanie tradycyjnych szczepionek zajmuje miesiące, jeśli nie lata, a zaprojektowanie szczepionki DNA lub mRNA trwa kilka dni. W post-pandemicznym świecie jeszcze więcej osób będzie korzystać z technologii noszonej na ciele, a urządzenia te będą jeszcze bardziej zaawansowane. Pandemia przyśpieszyła również badania nad chorobami cywilizacyjnymi i obecnie wykorzystywanymi lekami. Daje to zielone światło do wyleczenia wielu schorzeń nękających ludzi. Wiedza, którą zdobyli naukowcy pozwoli radzić sobie z przyszłymi epidemiami, zatruciami pokarmowymi, czy sezonową grypą. Pandemia była niezwykle istotnym impulsem dla rozwoju rynku technologii medycznych, e-recepty, e-skierowania i e-porady, pozwoliły na zachowanie ciągłości leczenia. To tylko trzy innowacje, które napędziła pandemia, ale zapewne jest ich więcej. Możemy być pewni, że w przyszłości będziemy świadkami kolejnych fantastycznych odkryć naukowych.
