IBM 5 in 5:Laboratorium medis "dalam sebuah chip" akan berfungsi sebagai detektif kesehatan untuk melacak penyakit pada skala nano

Sebuah silikon wafer yang dirancang untuk menyortir partikel yang ditemukan dalam cairan tubuh untuk tujuan deteksi dini penyakit.

Semakin dini suatu penyakit didiagnosis, semakin besar kemungkinan untuk disembuhkan atau berhasil dikelola. Misalnya, kanker payudara dan kanker prostat yang terdeteksi dan diobati pada stadium satu memiliki tingkat kelangsungan hidup lima tahun hampir 100 persen. Pada stadium empat, angka ini turun menjadi sekitar 26 persen untuk kanker payudara dan 28 persen untuk kanker prostat.

Tantangan untuk menemukan penyakit lebih awal adalah banyak dari kita tidak mencari pengobatan sampai kita memiliki gejala, yang berarti penyakitnya sudah berkembang. Teknologi deteksi saat ini seperti mammogram seringkali tidak nyaman, tidak nyaman, dan tidak selalu akurat.

• Dengan AI, kata-kata kita akan menjadi jendela kesehatan mental kita
• Hyperimaging dan AI akan memberi kita visi superhero
• Makroskop akan membantu kita memahami kompleksitas Bumi dengan detail tak terbatas
• Laboratorium medis "dalam sebuah chip" akan berfungsi sebagai detektif kesehatan untuk melacak penyakit dalam skala nano
• Sensor pintar akan mendeteksi pencemaran lingkungan secepat cahaya

Saya telah mengerjakan genomik kanker selama lebih dari satu setengah dekade, di mana saya telah melihat kemajuan luar biasa, sebagian besar berasal dari kemajuan teknologi genomik. Pada awalnya, pekerjaan saya sebagian besar terfokus pada kumpulan besar data genomik yang berasal dari teknologi baru pada saat itu seperti susunan ekspresi gen dan, kemudian, pengurutan RNA.

Sekitar 10 tahun yang lalu, saya menyadari bahwa keahlian dan sumber daya luar biasa dalam teknologi mikro dan nano yang kami miliki di IBM Research dapat digunakan untuk memajukan pengurutan DNA. Sekitar tiga tahun yang lalu, tim saya dan saya mulai berpikir bagaimana menggunakan nanoteknologi untuk membuat perangkat diagnostik yang, seperti detektif yang mencari petunjuk, dapat memeriksa cairan tubuh untuk penanda nanoskopik terkait penyakit pada tahap awal. Perangkat tersebut dapat sangat meningkatkan prospek pasien, memberikan kontribusi besar bagi perawatan kesehatan di berbagai bidang seperti kanker, penyakit menular, dan gangguan neurodegeneratif.

Setelah tiga tahun, kami hampir mewujudkan visi ini dengan perangkat perpindahan lateral deterministik skala nano, atau nanoDLD, yang sedang kami kerjakan dalam grup IBM Nanobiotechnology. Tujuan kami adalah, dalam lima tahun ke depan, kami akan dapat menggabungkan ini dan nanoteknologi lainnya dengan kecerdasan buatan untuk mengatasi tantangan saat ini dan mendeteksi penyakit seperti kanker sedini mungkin.

Apa prediksi kami?

Dalam lima tahun, kemajuan dalam teknik nanobioteknologi akan memungkinkan kita untuk memeriksa dan menyaring cairan tubuh untuk biopartikel kecil yang mengungkapkan tanda-tanda penyakit seperti kanker sebelum kita memiliki gejala, memberi tahu kita segera jika kita harus berkonsultasi dengan dokter.

Mengapa ini akan mengubah dunia?

Mengobati penyakit seperti kanker itu mahal. Menurut American Society of Clinical Oncology, obat kanker yang paling baru disetujui dapat menghabiskan biaya rata-rata $10.000 per bulan; beberapa terapi dapat menghabiskan biaya $30.000 per bulan atau lebih. Ketika dokter Anda dapat mendiagnosis kanker pada tahap awal, kemungkinan kebangkrutan Anda – dan kematian – menurun secara signifikan. Dengan membuatnya hampir semudah mendeteksi kanker stadium awal seperti melakukan tes kehamilan di rumah, kita akan mengubah ekonomi kanker dan sangat mengurangi korban fisik dan emosionalnya untuk generasi mendatang.

Pada saat yang sama, visi obat yang bersifat preventif dan personal hanya dapat diwujudkan ketika teknologi memungkinkan individu untuk memiliki gambaran berkala dari penanda fisiologis, psikologis, molekuler dan seluler kesehatan mereka. Teknologi kami akan memungkinkan pelacakan yang mulus terhadap kesehatan molekuler dan seluler seseorang.

Apa teknologi yang mendasarinya?

Beberapa perusahaan sedang melihat penggunaan biopartikel seperti eksosom untuk mendiagnosis penyakit lebih awal, meskipun IBM adalah yang pertama turun ke skala yang diperlukan dan melakukan pemisahan dan deteksi eksosom pada sebuah chip. Pendekatan kami menggunakan nanoDLD untuk memproses sampel cair melalui chip silikon dengan susunan pilar asimetris khusus yang dirancang IBM. Array adalah kuncinya — memungkinkan sistem untuk menyortir dan memisahkan partikel dalam sampel. Partikel yang lebih kecil bergerak dalam gerakan zig-zag ke arah fluida, sementara partikel yang lebih besar menabrak susunan sepanjang arah asimetri pilar. Partikel besar berperilaku seperti pengemudi truk yang dipaksa menyimpang ke jalur truk di jalan bebas hambatan, sedangkan partikel kecil berperilaku seperti mobil kecil yang mengalir lurus tanpa penyimpangan. Dengan cara yang sama, susunan pilar kami memungkinkan material dengan ukuran berbeda untuk dipisahkan dan diisolasi untuk deteksi atau analisis. Jika Anda familiar dengan game Plinko dari Price is Right atau Pachinko versi Jepang, tampilannya kurang lebih seperti itu.

Informasi yang diambil dari chip ini adalah sinyal yang dapat menunjukkan apakah ada penyakit atau tidak. Ini dapat digabungkan dengan data dari perangkat berkemampuan IoT, seperti monitor tidur dan jam tangan pintar, dan diproses oleh sistem kognitif untuk memberikan gambaran lengkap tentang kesehatan kita.

Makalah dan Paten Terkait

Makalah
Benjamin H. Wunsch, Joshua T. Smith, Stacey M. Gifford, Chao Wang, Markus Brink, Robert L. Bruce, Robert H. Austin, Gustavo Stolovitzky dan Yann Astier, “Array perpindahan lateral skala nano untuk pemisahan eksosom dan koloid hingga 20 nm.” Nanoteknologi Alam.

Paten
Paten AS No. 9.012.329 – “Nanogap di antara logam mulia”

Baca semua prediksi teknologi IBM 2016 di IBM 5 in 5.

Simpan

Simpan