is advancing rapidly, is advancing rapidly, driven by declining costs, rising demand, and the integration of artificial intelligence (AI).According to the World Robotics 2025 statistics on...
化学から生物工場へのシフト合成化学物質に取って代わるデジタルコード初期の科学者たちが、周囲の物質世界が個別の純粋な成分で構成されていることを理解し始めるとすぐに、彼らはそれをより深く理解するために研究を始めました。初期の錬金術師の努力は、啓蒙時代の科学者たちや近代初期へと道を開き、彼らは個々の元素と、細胞、DNAなどの生物学の基礎を発見しました。同時に、化学産業は初期の医薬品産業を創出し、合成化学薬品を用いて患者の生物学的プロセスを変化させていました。例えば、サリチル酸（アスピリン）を使って熱を下げるといったことです。次第に、医療や産業で使用される化学物質はますます複雑になっていきました。しかし、多くの場合、分子が複雑になればなるほど、人工的な化学的手法で合成することは困難になります。そして、最も複雑なタンパク質や生化学化合物になると、まったく不可能になります。その後、バイオエンジニアリングにより、遺伝子組み換え微生物を用いて安価で安全なインスリン、成長ホルモン、抗体などを生産することが可能になり、バイオテクノロジーの分野が創出されました。これは医薬品分野と関連しながらも、別個の分野として確立されました。これは生化学と医学における大規模な革命であり、以前は極めて高価または入手不可能だった化合物を、豊富かつ安価に生産できるようになりました。今日、多くの新技術（ビッグデータ、AI、自動化、精密遺伝子工学、高度な分析など）が収束し、バイオサイエンスの新たな時代、すなわちバイオファウンドリー革命が幕を開けようとしています。自然を超えて：産業用に生物を再設計するバイオテクノロジーの時代は、人工的な遺伝子改変を用いて微生物に目的の生体分子（通常は医療製品）を生産させることで特徴づけられました。これは非常に収益性が高く、これらの分子の多くは、命を救うものであったり、以前は高コストの方法で少量しか採取できなかった高価値製品であったりするためです。しかし、これには根本的な限界があります。それは、既に生物に存在するものしか複製できないという点です。しかし今日でも、多くの材料や有用な分子の生産は、有毒な方法や炭素を排出する方法を用いた人工的な化学物質に依存しています。したがって、EV、バッテリー、再生可能エネルギーを通じてエネルギーシステムを変えることは重要ですが、化学生産に対するより環境に優しい代替手段を見つけることも、現代世界が抱えるほとんどの問題（プラスチック汚染、気候変動、持続可能な農業、無公害の工業生産、バイオセキュリティ、不治の病、再生医療、長寿治療など）を解決する上で同様に重要です。そして、これらすべての問題に対して、現在、一つの解決策が展開されつつあります。それがバイオファウンドリーモデルです。バイオファウンドリーモデルの仕組み：技術の収束マルチオミクス、CRISPR、そして「バイオコーディング」の台頭近年、生物学と遺伝学の理解は驚異的な進歩を遂げています。その鍵となる部分は、いくつかの新技術に依拠しています。一つ目は、シーケンシングとゲノミクスです。これは、生物1体あたり1,000ドル未満で日常的に行えるほど安価になりました。現在これは、他の多くの「オミクス」（トランスクリプトミクス、プロテオミクス、メタボロミクス、エピゲノミクス、マイクロバイオミクス、空間生物学）と組み合わされ、マルチオミクスを創り出しています。これは、生物の複雑性のすべての多層的なレベルを包括的に理解するものです。もう一つの新技術がCRISPRです。これは2012年に発見された新しい遺伝子編集法で、それ以来、希少疾患の治療を含め、あらゆる種類の生物の遺伝子を編集する最も強力な方法となっています。最後に、ビッグデータ、AI、その他の高度な分析手法の出現により、生物学者はマルチオミクスが生み出した膨大なデータを処理し、意味を理解するためのツールを手にしました。これらが結集すると、まったく新しい能力が生まれます。実際の生物学的マルチオミクスからの大量のデータとAI分析を組み合わせることで、複雑な分子を作り出すプロセス全体をマッピングし、モデル化し、さらには完全にin silico（コンピュータ上で）シミュレーションすることが可能になります。これにより、事実上何千もの可能性をテストしたり、新規の特性を持つまったく新しいタンパク質をゼロから作成したりする機会が開かれます。そしてCRISPRのおかげで、これらのアイデアを実際の微生物や植物に組み込むことは、かつてないほど迅速で、精密で、容易になりました。それらを合成生物学の一分野である、よく制御された生物工場、すなわち「バイオファウンドリー」へと変えるのです。DNAは本質的に生物学的コードであるため、GMOを作成し、新しい生物システムを設計する容易さは、生物学をコンピュータ・コーディングに非常に近づけています。「細胞について考えてみてください。それは一種の小さな機械のようなもので、デジタルコードで動いています。コンピュータと非常によく似ていますが、この場合のコードは、0と1ではなく、A、T、C、Gです。ですから、合成生物学とは、細胞内のDNAコードを変えることで、コンピュータをプログラムするように細胞をプログラムすることです。私たちは一種の、雇われの細胞プログラマーです。私たちの仕事は、細胞に顧客が望むことをさせることです。」 ジェイソン・ケリー – Ginkgo Bioworks CEOプラスチックから香水まで：バイオファウンドリーが構築できるもの現在、化学産業によって生産されている多くの化学物質は、理論的には、生物学的な手段で置き換えることが可能です。生物が生産する同じ分子か、類似の特性を持つ代替物のいずれかでです。例えば、土壌微生物や植物は、少量ながら日常的に肥料、エタノール、エチレンを生産しています。これらはすべて現在、化学産業によって大量生産されている分子です。したがって、生物によるより高い収量またはより安価な生産は、はるかに低い炭素影響をもたらす可能性があります。もう一つの目標は、生物学的代謝経路を通じて、繊維やプラスチック（1,4-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸など）を含むポリマーを生産することで、化石燃料への依存を減らすことです。高価値の香料、アミノ酸、ビタミン、絹、バニリンなどの香料、スクワランやヒアルロン酸などの化粧品成分も、すべて理論的には安価に自然に大量生産できる可能性があります。そしてもちろん、新しく発明された多くの生物学的分子は、合成ワクチン、抗がん治療、代替タンパク質および食品源（培養肉など）を形成することができます。最後に、まったく新しい製品もこの方法で生産できます。例えば、キノコの菌糸体は、皮革やその他の繊維の実用的な代替品を作り出すことができます。あるいは、炭素排出物を大気に到達する前に直接、有用な製品にリサイクルすることもできます。リサーチ・アズ・ア・サービスというビジネスモデルシナジーの構築そのための技術が成熟したとはいえ、実際の生物の代謝を完全に書き換えながら、同時に生産性も維持するというのは、実際にはそれほど単純なことではありません。これが、このタスクを、それを成し遂げるための設備、専門知識、適切な生物材料を持つ専門企業にアウトソーシングするという成長傾向の理由です。この「リサーチ・アズ・ア・サービス」モデルは、時には「オンデマンド生物」とも呼ばれ、異なるプロジェクトやコンセプトが分野を超えて互いに助け合うことを可能にします。例えば、以前に炭素排出吸収のために開発された微生物は、その炭素を使ってエチレンを生産することもできます。エチレンは無数の化学合成反応の重要な前駆体です。しかし、炭素クレジットに焦点を当てた企業は、エチレンを直ちに利用したり、その経験を持っていないかもしれません。一方、化学会社は手近に炭素源を持っていないかもしれません。しかし、同じバイオファウンドリー契約業者を利用することで、両社はシナジーを発展させ、プロセスをより効率的にすることができます。同様に、遺伝子改変のための新しい最適化された方法は、数十の異なる用途に展開することができ、より広範なプロジェクトにわたって研究開発コストを償却することができます。Ginkgo Bioworks：合成生物学の「DNA」「オンデマンド生物」の最前線に立ってきた企業は、Ginkgo Bioworksに勝るものはありません。2008年に5人のMITの科学者によって設立されて以来、同社は産業用途向けのGMO細菌の生産に専念し、通常そのような活動の焦点となるバイオテクノロジーは二の次でした。Ginkgoは、2014年に有名なY Combinatorスタートアップ・アクセラレータ・プログラムに参加した最初のバイオテクノロジー企業でした。同社は2021年にSPAC合併により上場し、以前はバイオテクノロジーの先駆者であるGenentech（ロシュによる買収前）が保有していたNYSEティッカーシンボルDNAを確保することに成功しました。それ以来、Gingko Bioworksは、多くの産業、医薬品、農業企業の主要なパートナーへと進化してきました。例えば、同社は様々な研究プログラムのために新しい生物を開発しました： 腸疾患用のプログラム可能な微生物。 マイクロプラスチックの生物浄化。 RNA治療薬 & ワクチン。 廃棄物と汚染物質のリサイクル。 ブラジルにおける重要な大豆病害の制御。 窒素肥料を細菌で置き換える。 カンナビノイド。 生物製剤 & ペプチドの最適化された製造。 スケールアップされた生体触媒と発酵による有効医薬成分（API）の生産。 独自の酵素データベースと専門の酵素設計者による分子診断ソリューション。 細胞療法...
チューリッヒ工科大学（ETH Zurich）のエンジニアチームは、骨移植を作成するより効率的で実用的方法を発表しました。彼らのアプローチでは、新しい材料とレーザー印刷を使用して、リスクを減らしながら回復を速めることができます。ここでは、知っておくべきことを説明します。概要: 科学者は、レーザー印刷骨移植の最初の研究室研究を完了しました。この新しいアプローチでは、カスタムメイドのハイドロゲルとデュアルレーザーを使用して、複雑な骨の構造を複製します。骨折が増加する理由あなたは、おそらく、誰かが骨を折ったことがあるでしょう。子供の頃の事故から大きなトラウマまで、すべての経験は、骨が適切に治癒することを保証するために医療の注意が必要です。悲しいことに、骨を折る人の数は、世界中で着実に増加しています。この増加は、ベビーブーム世代の高齢化を反映しています。国際骨粗鬆症財団（IOF）の報告によると、去年だけに、37万件以上の骨折が高齢者に報告され、この傾向は高齢化人口とともに続くことが予測されています。骨が自然に治癒する方法人間の体は驚くべきもので、骨折や軽度の骨折を自分で治癒することができます。この能力の一部として、体は最初にさまざまな軟組織細胞を損傷した領域に配置します。これらの一時的な細胞は、仮の足場のように機能し、新しい骨の成長が形作られ、最終的に硬化することを可能にします。この成功の一部は、骨全体に分布する微小な通路や空間の独自の混合物に起因します。印象的に、報告によると、25セント硬貨よりも小さい骨片には、54キロメートル以上の微小なトンネルが走っていることがわかりました。骨折が手術的介入を必要とする場合体が骨折を治癒するのに追加の支援が必要なシナリオがあります。具体的には、複雑な骨折の場合、骨を固定するために金属ピンやインプラントが必要です。また、腫瘍の除去により、骨の一部が欠けます。医師は、骨を適切に設定するために、この欠けている骨セグメントを充填する必要があります。場合によっては、移植は患者自身の骨から作成されます。自己移植自己移植は、医療専門家がこの状況に対処する最も一般的な方法です。自己移植には、患者自身の骨、セラミック、または金属オプションを使用するものなど、さまざまな形式があります。自己移植の問題自己移植は治癒プロセスを改善できますが、独自の問題もあります。たとえば、移植に使用される骨組織を取得するために、追加の手術が必要です。このステップにより、コストとリスクが追加され、時間が遅れ、追加の専門家の要件が生じます。チューリッヒ工科大学のレーザー印刷骨移植のブレークスルー「A Water-Soluble PVA Macrothiol Enables Two-Photon Microfabrication of Cell-Interactive Hydrogel Structures at 400 mm s−1」という科学論文（Advanced Materialsに掲載）は、将来のヘルスケアを変革する可能性のある完全に新しいアプローチを強調しています。2PPマイクロファブリケーションより良い移植を作成するために、チームは2光子ポリマー化（2PP）と呼ばれる方法を使用しました。2PPは、組織工学と薬剤開発で使用される直接レーザー書き込み技術として開発され、フェムト秒レーザーパルスに依存します。これらの小さな高強度レーザーは、特殊な光敏材料を硬化させるために使用されます。このアプローチの利点は、エンジニアが（サブ）マイクロンレベルの解像度で高解像度の3Dアーキテクチャを開発できることです。これが、チューリッヒ工科大学のバイオマテリアルエンジニアリング教授であるXiao-Hua Qinと彼のチームの注目を集めた理由です。新しいハイドロゲルが必要人間の細胞外マトリックス（ECM）を模倣することは、独自のレベルの複雑さが必要であり、従来の2PP戦略では不足していました。彼らは、デュアルフォトンレーザーを使用することで、光化学反応を正確に1つの領域に焦点を当てることができ、過去の単一レーザーアプローチよりもはるかに制御性が高いことを指摘しました。しかし、ゲルは形状をとるのに十分な剛性がなく、固定されるのに十分な反応性がありませんでした。チームは、新しいハイドロゲルを作成することに焦点を当てることで、これらの問題に対処しました。PVAチオールクロスリンカー（PVASH）エンジニアは、目的を達成するために、完全に新しいハイドロゲルを作成することにしました。水溶性ポリビニルアルコールマクログルクロスリンカー（PVASH）ハイドロゲルは、特殊な分子を使用して安定して非侵襲的に維持されます。具体的には、チームはPVASHをnorbornene機能化PVA（nPVA）と混合し、次にレーザー処理が正しく機能することを保証するために光開始剤を追加しました。このアプローチの主な変更点は、複数の反応性基が導入されることです。この戦略により、レーザー放射が当たったときにゲルが速くてより徹底的に硬化します。また、開発者は、1つの分子をポリマー鎖に結合し、もう1つの分子を光反応を保証するために使用できるようになりました。レーザー印刷レーザー印刷の使用は、自然な骨構造を達成する上で大きな利点であり、幅が500ナノメートル以下の詳細を持つ構造を作成できます。具体的には、チームはこのタスクに20 mWのレーザーを統合しました。この微小な能力により、骨構造には自然な空間と経路があり、設計は事前にプログラムされ、400ミリメートル毎秒の驚くべき速度で提供できます。この速度は、新しい世界記録であり、回復の迅速化におけるこの進歩の重要性を示しています。マイクロスキャフォールド材料は、細胞が遅れずに伝統的な治癒プロセスを開始するように、人間の骨の複雑さを再現することができると思われます。細胞の成長と支援を促進するために、数マイルの微小なトンネリングと経路が適切な量の接着力を提供します。レーザー印刷骨スキャフォールドの研究室テスト科学者は、実験室テストを実施して、理論が現実の条件下で機能するかどうかを確認しました。注目すべきは、試験管研究が急速な細胞増殖を示したことです。具体的には、ハイドロゲルはカスタムフォーメーションに印刷され、数日以内に、体はコラーゲンを作成し始めました。これは、骨形成における最も重要なステップの1つです。エンジニアは、ポリマーが体内で消滅する方法も評価しました。ポリマーは完全に無害であることがわかりました。彼らはまた、ハイドロゲルとチオールエンクロスリンキング分子を評価する時間を費やしました。彼らは、パフォーマンスが予想を上回り、損傷した組織の修復に強く自然な修復を提供し、他の方法よりも短い時間で達成したことを指摘しました。レーザー印刷骨移植のテスト結果テスト結果は、この研究がヘルスケア部門にとってどれだけ重要かを強調しています。科学者は、プロセスのすべての側面で大幅な改善を登録しました。移植の成形から細胞の移動、スキャフォールディングの分解まで、研究者の仕事は正確で、自然に形成された骨細胞を作成しました。レーザー印植骨移植の利点この新しいハイドロゲルは、テーブルに多くの利点をもたらします。まず、構造と配置の柔軟性が向上します。従来のハイドロゲルには成形性がありません。追加の結合分子を追加することで、はるかに安定したものになり、個人のニーズに基づいて直接成形できます。スワイプしてスクロール → 側面 レーザー印刷 自己移植 カスタマイズ 患者固有...
抗生物質耐性の台頭細菌感染は、抗生物質の導入前に比べてはるかに致死性が低くなりました。「抗生物質がなかった時代、猩紅熱のような感染は心臓の問題につながることもありました。手術は血中の致死的な感染、バクテレミアや敗血症につながることもありました。」 抗生物質のない世界抗生物質は毎日多くの命を救っているので、我々はそれを当たり前のように考え始めています。しかし、これは遠からず安全な仮定です。細菌は非常に速く進化し、抗生物質に耐えることが強い進化的圧力です。したがって、新しい抗生物質が10〜15年でその効能を失うことは珍しくありません。抗生物質が細菌耐性を上回っていたのは、研究者が10年ごとに新しい分子を発見し続けたからです。これは研究者と病原体の間の静かな戦いです。最近、病原体が勝ち始めました。抗生物質耐性は、特に病院で感染する病気に関して、増加する問題です。抗生物質耐性は、世界中で年間127万人以上の命を奪っています。2000年以降、ほとんどの新しい抗生物質クラスは発見されていません。また、至る所に存在するマイクロプラスチックとナノプラスチックが抗生物質の効能を低下させることが発見されました。新しいアプローチが役立つかもしれません。例えば、抗菌ポリマー、mRNAワクチン、またはファージと呼ばれる「生きた抗生物質」。これらの新しいアイデアは役立つでしょう。しかし、どれも細菌が新しい抗生物質や抗菌方法に迅速に適応する問題を解決しません。カリフォルニア大学の研究者によって発見された別の概念は、細菌集団を「汚染」して抗生物質耐性を失わせるもので、CRISPR遺伝子編集システムを利用しています。彼らは研究結果を「接合遺伝子ドライブ様システムは、細菌集団で抗生物質耐性を効率的に抑制する」というタイトルの研究で発表しました。CRISPRを抗生物質に変える長期的な取り組み科学者たちは2019年にCRISPRベースのツールを開発しました。これは、プラスミド（細菌に共通の円形DNA）に乗った抗生物質耐性因子をコードする遺伝子を正確に挿入することで、機能を失わせます。このアプローチは、従来のカットアンドデストロイCRISPRアンチ抗生物質耐性アプローチよりも100倍以上優れています。チームは、2世代目のPro-Active Genetics（Pro-AG）システムであるpPro-MobVを開発しました。この更新されたテクノロジーは、抗生物質耐性を除去するだけでなく、細菌集団を通じて拡散し、抗生物質耐性をもたらす遺伝子を無効にするように設計されています。これは、通常抗生物質耐性の原因となる遺伝子の拡散に重要な役割を果たす「接合転移」と呼ばれるプロセスを利用して行われます。ここでは、抗生物質耐性ではなく、抗生物質に対する脆弱性が拡散します。自己拡散型抗生物質感受性このアイデアは、例えば、マラリアを媒介するハエの集団が、病気を媒介できないように設計されたラボメイドのバリアントで「汚染」される、昆虫に対する人口制御と似ています。“私たちは、pPro-MobVで昆虫からバクテリアへの「遺伝子ドライブの思考」をもたらしました。私たちは、数個の細胞を取り出し、大きな標的集団で抗生物質耐性を中和することができます。” エイサン・ビア教授 – カリフォルニア大学サンディエゴ校生物科学部この方法は、実験室テストで約1000倍のバクテリア拡散の低下をもたらしました。スワイプしてスクロール → 特徴 従来の抗生物質 CRISPR遺伝子ドライブアプローチ メカニズム バクテリアの成長を阻害または殺す バクテリア内の耐性遺伝子を削除する 耐性の発現 10〜15年で一般的 耐性を直接標的とし、耐性の拡散を逆転させる可能性がある 拡散 バクテリア間で拡散しない プラスミド接合またはファージを介して自己増殖する バイオフィルムへの影響 貫通力が限られている 実験室環境でのバイオフィルム内での活性を示した 臨床的状態 広く承認され、使用されている 初期研究段階（前臨床） より重要的是、バイオフィルム、つまり抗生物質や消毒剤に抵抗性を持つバクテリアの密集ネットワークにも効果があります。バイオフィルムは、最も深刻な感染症を引き起こす上で重要な役割を果たしており、薬剤の浸透を制限する保護バリアを形成します。“バイオフィルムの文脈では、抗生物質耐性に対抗する上で、臨床現場や水産養殖池や下水処理場などの閉じた環境で、最も克服が難しいバクテリア増殖形態の1つです。”...
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Organ Shortages and the Case for On-Demand BioprintingOrgan donations are a key medical tool keeping millions of people alive, with almost 50,000 transplants performed yearly in...
纳米技术驱动的癌症治疗递送我们对癌症的理解在过去的几十年中有了很大的进步，导致了发现能够杀死癌细胞的各种分子。然而，问题是，癌细胞仍然是身体的一部分，即使它们表现得异常，最终会杀死其他细胞。 这意味着能够杀死癌细胞的相同药物也可能对身体的其他细胞有毒性。另外，癌细胞的代谢和基因异常往往阻碍了它们对有用的化学物质的吸收。 出于这两个原因，将癌症药物递送到癌细胞的过程可能与药物本身的效率一样重要，甚至更重要。这样，不仅可以减少负面副作用，而且治疗将足够有效以拯救患者。 精确的靶向也很重要，以减少癌症复发的风险，因为效率更高意味着残留的癌细胞“躲避”治疗的可能性更小。 一种特别有前途的递送方法使用球状核酸（SNAs），一种新的纳米分子，能够被身体很好地耐受。西北大学的研究人员最近证明了SNAs可以大大提高白血病药物的效率。 他们在ACS Nano上发表了结果，标题为“化疗球状核酸”。癌症药物递送的挑战过去20年来，癌症生存率的提高在很大程度上与更好的癌症治疗递送系统有关。例如，抗体，特别是单克隆抗体，已经成为许多类型癌症的最佳治疗选择。 另一个选择是使用被动药物靶向系统，其中生物分子或纳米颗粒专门针对癌细胞。虽然抗体在过去几年占据了肿瘤学的中心舞台，但一个日益增长的替代方案是纳米技术，使用专门设计的纳米颗粒，可以直接附着在癌细胞上并将化疗递送到细胞膜内。球状核酸（SNAs）该研究的研究人员使用了脂质体球状核酸（SNA）构建体。它们由一个纳米颗粒核心组成，周围是一个密集排列的、高度定向的核酸壳。SNAs于1996年由Chad Mirkin在西北大学首次创建，他也是这项研究的首席研究员。 可以通过改变纳米颗粒核心的性质（金、银、硅、脂质体、蛋白质等）和核酸序列（DNA、RNA等）创建许多不同的SNAs。结构纳米医学：一种新的药物递送时代在以前的研究中，发现细胞识别SNAs并将其吸入。更重要的是，癌细胞由于其过度活动，以比健康细胞更高的速率摄取SNAs。 因此，癌细胞的性质使它们对SNAs更敏感。“大多数细胞表面都有清道夫受体。但髓系细胞过度表达这些受体，所以它们的数量更多。 如果它们识别出一种分子，它们就会将其拉入细胞。与其说SNAs强行进入细胞，不如说它们被这些受体自然吸收。” Chad A. Mirkin – 西北大学这是结构纳米医学领域日益增长的一部分，该领域使用精确的结构和组成控制来微调纳米药物与人体的相互作用。 目前有7种基于SNA的治疗方法正在临床试验中，不仅用于癌症，还用于传染病、神经退行性疾病和自身免疫性疾病。急性髓系白血病（AML）预临床结果构建化疗SNAs研究人员测试了他们的脂质体SNA用于白血病治疗。他们使用5-氟尿嘧啶（5-Fu），SNA的核酸成分由10个化学相连的5-氟-2′-脱氧尿苷组成。传统的化疗5-Fu通常无法有效地到达癌细胞。此外，它还可能引起许多问题的化疗副作用：恶心、疲劳，甚至在罕见的情况下，心力衰竭。 问题不仅在于药物本身的毒性，还在于治疗在身体中仅有1%溶解。因此，它会结块或保持固体形式，身体无法有效地吸收它。我们都知道化疗通常是非常有毒的。但很多人没有意识到它也经常难以溶解，所以我们必须找到方法将其转化为水溶性形式并有效地递送。” Chad A. Mirkin – 西北大学髓系细胞（导致白血病）过度表达SNA受体，这意味着即使5-Fu的剂量较低，也会到达癌细胞，但健康细胞接收到的剂量会大大降低。 额外的好处是脂质体SNAs非常可溶，消除了这个问题。“今天的化疗杀死了它们遇到的所有东西。所以，它们杀死癌细胞，但也杀死了很多健康细胞。我们的结构纳米医学专门寻找髓系细胞。 与其用化疗淹没整个身体，不如将更高、更集中的剂量直接递送到需要的地方。”...
Why Spatial Biology MattersThe past decade has seen the rise of precision therapies and Next-Generation-Sequencing (NGS), which have revolutionized diagnostics and medicine. These methods allowed doctors...
遺伝子編集をより精密にする最近まで、遺伝子修飾はかなり粗いもので、ターゲット生物に新しい遺伝子シーケンスをランダムに挿入していた。 挿入方法も非常に破壊的だった。結果として、細菌や植物だけが通常遺伝子修飾され、哺乳類（人間を含む）などの遺伝子編集は複雑で、高価で、遅かった。 しかし、CRISPR技術が登場し、突然、精密で制御された遺伝子編集の道が開けられた。2023年末に、ヒトの遺伝子疾患に対する最初の遺伝子治療がFDAに承認された。 ただし、CRISPRはまだ完全ではなく、時々予期しない遺伝子修飾を引き起こす。 しかし、MITの3人の研究者による突破的な発見によって状況が変わったかもしれない。 彼らは、遺伝子編集の信頼性を大幅に改善する新しい方法を発表し、新しい治療法の創出の道を開いた。 彼らは結果を著名な科学雑誌Natureに、「最小限のゲノムエラーを持つエンジニアリングプライムエディター」というタイトルで発表した。標準的なCRISPRからプライムエディティングへ最初のCRISPR-Cas9ベースの治療が承認されて以来、患者を治すために遺伝子を編集するという考えは、もう科学フィクションではなくなった。ただし、CRISPR技術は、科学者が意図した通りにターゲット遺伝子を修飾するとは限らない。CRISPRシステムは、特定のスポットで二重らせんDNAを切断できるCas9という酵素と、Cas9に切断する場所を教えるガイドRNAで構成されている。 研究者は、このアプローチを使用して、故障した遺伝子シーケンスを切り出すか、新しいシーケンスを挿入するためにRNAテンプレートに従うように適応させた。2019年以来、MITの研究者は、プライムエディティングという概念を発表しており、これは通常のCRISPR-Cas9遺伝子編集よりも精密で、オフターゲット効果が少なく、すでに弱い患者に余分な健康問題を引き起こす可能性が低い。 プライムエディティングは、リバーストランスクリプターゼ酵素と融合した修飾されたCas9を使用し、すべての可能な遺伝子ベース修飾以及遺伝子シーケンスの小さな挿入と削除を実行できる。
Semaglutide & Incretin Wonder-DrugsWeight loss has been for decades a very lucrative market. From diet companies to books describing magic solutions or food supplements supposed to...
Investigating da Vinci’s DNAOccasionally, a truly exceptional genius emerges, whose ideas radically change the world. This was, for example, the case of Nikola Tesla, who was...
11 Type 2 2 Type 1 , , , 100% ,, ,, , , , Hope for diabetes: CRISPR-edited cells pump out insulin in a person...
How Silicon Chip Tech Supercharges BiotechAt first glance, the worlds of silicon tech and biotech are rather far apart. On one hand, IT-related technologies deal with...
Investing In CardiologyWhen investors look at medicine-related stock, some might think of major health insurers, or hospital chains, or blue chip pharmaceutical companies like Eli Lilly...
現在、アメリカでは700万人以上がアルツハイマー病と生活しています。この数は将来増加し、2050年までに約1300万人に達することが予測されています。これは、アルツハイマー協会が提供するデータによるとです。同様に、認知症患者への医療費と介護費は、2050年までに約1兆ドルに達することが予測されています。世界では、2021年には5700万人が認知症を患っており、そのうち60〜70%はアルツハイマー病です。これらの数字は2050年までに1億3900万人に達することが予測されています。45歳でのアルツハイマー病の生涯リスクは、特に女性にとって高く、10人に1人です。一方、男性では10人に1人です。また、アメリカのアルツハイマー病患者のおよそ3人に2人は女性です。さらに、高齢の黒人アメリカ人は、白人アメリカ人の高齢者よりもアルツハイマー病を発症する可能性が2倍高く、ヒスパニック系アメリカ人は1.5倍高いです。アルツハイマー病は通常65歳以降に発症することが多く、年齢とともにリスクが増加しますが、まれな早発性アルツハイマー病の場合、65歳未満の人でも発症することがあります。研究者たちは、信じています1が、30〜64歳の100,000人当たり約110人が若年性認知症を患っているということです。那么、アルツハイマー病とは何でしょうか？アルツハイマー病は、記憶、思考、推論、学習能力を徐々に破壊する進行性の脳障害です。また、行動や性格の変化を引き起こし、言語や空間認識を損なうこともあります。この神経変性疾患は、認知症の最も一般的な形態であり、認知の低下と記憶喪失の一般的な用語です。アルツハイマー病は、加齢による正常なプロセスではありません。それは、脳における蛋白質の蓄積によって始まる生物学的プロセスです。特に2つの蛋白質が関係しています。 アミロイド：脳細胞の外側でプラークを形成する タウ：脳細胞内でねじれを形成する これら2つの蛋白質の蓄積により、脳細胞の死が起こり、脳の萎縮を引き起こします。この病気の初期症状には、最近の会話や出来事を忘れたり、時間の経過とともに、日常生活を送るために必要な単純なタスクを実行する能力を損なうような深刻な記憶喪失が含まれます。進行した症状では、脳機能の喪失により、感染症、脱水、または栄養不足が起こり、死亡につながる可能性があります。実際、アルツハイマー病は、乳がんと前立腺がんを合わせたよりも多くの人を殺しています。数年前から、65歳以上の人の死因の上位10位に入っています。しかし、アルツハイマー病の治療法はまだありません。薬は病気の進行を遅らせ、症状を管理するのに役立ちます。現在、医療提供者は、患者の健康状態、医療歴、日常生活、気分や行動の変化を使用して、この病気を診断しています。また、血液検査、認知検査、CSF検査、脳MRI、CTスキャン、PETスキャン、精神科および精神衛生評価などの検査も使用しています。この分野における研究は、AIや先進的な画像診断を使用して脳の変化を特定することにより、早期診断のための検査やツールの範囲を拡大しています。アルツハイマー病の非侵襲性ブレークスルーも、早期診断や症状の緩和のために探索されています。今年の初め、臨床試験が行われ、前頭葉に対する繰り返し焦点超音波介在性血液脳関門開放は安全であり、アミロイドプラークも減少させることができます。また、病気に関連する一般的な神経精神症状（不安、興奮、易怒性、妄想）も改善されました。Focused Ultrasound Foundationの創設者兼会長であるNeal Kassell博士は、Korea University Anam HospitalとYonsei Universityの共同研究を指揮し、以下のように述べています。「アルツハイマー病の研究は、過去数十年間ほとんど停滞していたが、焦点超音波は、長年にわたって革新的な解決策を求めていた分野に希望をもたらします。この病気の経過を妨げる可能性があります。」ここをクリックして、AIがアルツハイマー病を予測する方法を学びましょう。休息心率が認知症リスク予測を改善する科学者たちは、脳以外の早期警告信号を探すようになりましたが、心脳接続が見落とされていることがあります。国際的な研究チームは、休息心率が認知症リスクの検出をより正確に行うのに役立つことを発見しました。心率は、1分間に心臓が何回打つかを表します。安静時、つまり静かな状態での正常な心率は、1分間に60〜100回の間です。心率の変化は、心臓疾患やその他の健康問題を示すことがあります。心臓の健康とフィットネスレベルを監視するために使用される同じ心拍数は、認知症のリスクを予測するのにも役立つことがわかりました。ブロック大学のヘルスサイエンス教授であり、カナダ研究会議の健康と疾患メカニズム担当議長であるNewman Sze氏によると、異常な心率は、肥満と高血圧に次ぐ認知症の最も重要なリスク要因の1つです。たとえば、それらは潜在的な慢性ストレスと自律神経系の機能不全を示し、神経変性と脳の血流不良に寄与する可能性があります。「心臓が十分な血液を脳に送ることができない場合、心筋虚弱のために心率が低すぎるか、速すぎる場合、脳は十分な酸素や栄養素を受け取れません。その結果、脳の退行が起こります。」– Szeこの特徴は、最も広く使用されている予測ツールの1つであるCAIDEモデルには含まれていません。CAIDEモデルは、認知症の発症リスクを評価するために、年齢、性別、教育レベル、身体活動、BMI、コレステロールレベル、血圧などの生理的および社会的測定値を使用する国際的な評価ツールです。CAIDEモデルは、臨床的意思決定、患者の指導、リスク管理に不可欠でした。しかし、CAIDEモデルは強力な予測能力を示していますが、特に米国の多様な人種グループにおいて、人の健康の全貌を捉えていません。現行モデルの有効性は限られており、医療へのアクセスが不均等になる可能性があり、認知症に関連するリスク要因 such as 心血管疾患のばらつきにつながる可能性があります。さらに、予測モデルは、多様な人口統計に適合しない、非常に選択的な人口を使用して構築されることがあります。したがって、8人の研究チームは、CAIDEモデルに休息心率（RHR）を含めることで、モデルを改善し、認知症予測へのアクセスを拡大することができるかどうかを調べました。RHRは、心臓の健康状態を示すアクセス性の高い非侵襲性マーカーであり、伝統的な心血管リスク要因とは異なり、自律神経系の機能と心血管ストレス反応に関する追加情報を提供します。RHRの有効性を評価するために、チームは2005年から2023年までの間にNational Alzheimer’s Coordinating Center（NACC）が収集した、18歳以上の44,467人の米国参加者のデータを使用しました。認知検査、身体検査、インタビューの情報も含まれていました。モデルを開発するために、チームはNACCデータセットでランダムフォレストアルゴリズムを使用しました。機械学習（ML）テクニックは、変数間の複雑な非線形関係を捉え、チームの認知症リスク予測を強化しました。データベースの参加者は、自ら報告した人種グループに分けられました。白人、アフリカ系黒人、ヒスパニック系、アジア人、アメリカ・インディアン、アルーシャン諸島の人々です。研究チームは、現行のCAIDEモデルをそれぞれのグループで実行しました。年齢、性別、教育レベル、身体活動、BMI、コレステロールレベル、血圧の測定、およびアルツハイマー病の最も強い遺伝的リスク要因であるアポリポプロテインE（APOE）ε4アレルを含みます。このプロセスは、CAIDE-RHRモデルで繰り返されました。ここでは、休息心率が含まれています。Sze氏は次のように述べています。「この調整は、ほとんどの人種グループで認知症リスク予測を大幅に改善し、より包括的でアクセスしやすい方法でリスクのある個人を特定することを可能にしました。」よいことには、休息心率は簡単に測定でき、より多くの人がスクリーニングと監視を受けることができるため、CAIDE-RHRモデルはより包括的です。過去には、認知症バイオマーカーを血液サンプルで検出するためのリソース集約型の研究室分析を使用して、CAIDEモデルの精度を向上させる試みが行われてきましたが、これにより、多人種の貧困層へのアクセスが制限される可能性があります。「一方、休息心率は、単純な血圧計または手首に指を置くことで測定できます。つまり、迅速で、非侵襲性で、広く利用可能です。特に、貧困層のコミュニティ設定ではそうです。」– 研究の第一著者であるShakiru Alaka博士研究の結果は、アルツハイマー協会のジャーナル3に掲載されています。CAIDE-RHRモデルは、研究で調査されたすべての人種グループで認知症リスク予測の精度を大幅に改善しましたが、アメリカ先住民のグループではそうではありませんでした。ただし、これは参加者の数が少なかったためであると考えられます。Sze氏は次のように述べています。「この発見は、心臓の健康と脳の健康の重要なつながりを強調しています。」低コストで非侵襲性のCAIDE-RHRモデルは、Sze氏によると、「多様な人口統計における認知症リスクの評価におけるシステム的なギャップに対処するためのステップ」であり、早期にリスクのある人を特定するために「ルーティンヱアに統合する」ことができます。ビデオベースの認知タスクがアルツハイマー病を症状が出る数年前に発見する一方、ラトガース・ニューアークの研究者による研究では、アルツハイマー病の早期発見にビデオゲームを使用し、血液検査と同等の効果があることがわかりました。研究者は、症状が出る数年前に病気を検出するのに役立つゲームを開発しました。これらの革新的な認知症検査は、痛みがないことと費用対効果が高いという利点があり、血液サンプルを取得するためにトレーニングされた技術者を必要としないため、非侵襲性の認知症スクリーニングを提供します。アルツハイマー研究と治療のジャーナルに掲載された研究4では、アルツハイマー病を遅らせる役割とライフスタイルの影響に焦点を当てたアライアンスによって、最新の発見が発表されました。これらの新しい非侵襲性検査は、広く利用可能な血液検査と同等の結果をもたらしますが、痛みがないことと費用対効果が高いという利点があり、トレーニングされた技術者を必要とせずに血液サンプルを取得できます。研究者は、アルツハイマー病を予測するために、20年以上にわたってビデオゲームベースのスクリーニングツールの開発とテストを行ってきました。ついに、実際に効果があることを示す証拠が得られました。ビデオゲーム検査、一般化タスクは、人物の認知能力を測定します。つまり、形や色に関連するルールを理解し、新しい例に適用する能力を示します。チームはまた、脳の柔軟性の低下を検出するためにMRI画像を使用する別の評価を開発しました。ツールの有効性をテストするために、チームは148人の参加者、すべてアフリカ系アメリカ人で認知機能が正常な人を対象に研究を実施しました。認知機能検査、一般化タスクを受けた後、血液サンプルを提供し、脳MRIを受けました。現在使用されている認知機能検査とは異なり、参加者に単語のリストを思い出すか、時計の面を描くことを求めるもので、アルツハイマー病の症状が明らかになるまで検出できないことが多いですが、ラトガース・ニューアークのツールは、シンプルで、世界中で使用でき、早期介入を可能にし、脳の健康を保護するのに役立ちます。ここをクリックして、においベースのVR療法が認知機能の低下を遅らせるのに役立つ方法を学びましょう。アルツハイマー病の早期診断のためのパーソナライズド デジタルツイン モデル一方、別の研究では、アルツハイマー病の早期診断のためにデジタルツイン モデルを開発しました。主観的認知低下（SCD）などの前臨床段階で病気を管理できるようにしました。現在の早期診断方法は、入手可能性と診断の信頼性が限られているため、前臨床スクリーニングには適していません。また、侵襲性が高く、入手可能な方法に依存しているため、アルツハイマー病の前臨床形態での診断が不足しています。これらの課題を克服するために、研究5では、アルツハイマー病のデジタルバイオマーカーを提供するデジタルアルツハイマー病診断（DADD）モデルを提示しました。ここでは、パーソナライズド脳モデリングとEEGレコーディングを利用しています。健康人とSCD患者からEEGシグナルが収集されました。電気生理学（EEG）は、広く採用されているツールであり、アルツハイマー病と認知低下の影響を、認知タスク中または安静状態での脳の電気活動を測定して調査するために広く使用されてきました。EEGは、コストが低く、MRIやPETスキャンなどのより高価な診断方法よりも広く利用可能であるという利点がありますが、空間解像度と体積伝導効果に関する限界があります。また、EEGレコーディングに基づくアルツハイマー病の診断パイプラインは、臨床での使用に達していません。ここで、研究チームは、計算モデルとデジタルツインが約束のある解決策を提供することを指摘しましたが、臨床設定ではほとんど使用されていません。したがって、チームはDADDモデルを開発しました。ここでは、病気に関連するメカニズムを使用して、各患者にパーソナライズド デジタルツインを作成しました。DADDモデルは、アルツハイマー病のCSFバイオマーカーと臨床的認知低下への転換を予測するのに高い精度を示しました。モデルから導出されたデジタルバイオマーカーは、標準的なEEGバイオマーカーよりも、SCD患者と健康参加者を区別するのに7%の精度の向上を示しました。モデルはまた、88%の精度でCSFアルツハイマー病バイオマーカー陽性患者を特定しました。EEGバイオマーカーでは58%でした。研究では次のように述べられています。「デジタルツインと非侵襲性レコーディングを組み合わせてCSFバイオマーカーを予測することで、アルツハイマー病の早期段階での診断が革命的に変わり、アルツハイマー病診断におけるデジタルツインの臨床応用への道が開けられる可能性があります。」磁気センサーフィンガータップテストがアルツハイマー病を最も早い段階で明らかにする認知障害はアルツハイマー病の核心的な初期症状ですが、身体の機能を変えることもあります。これらの身体的変化には、筋肉の硬化、疲労、平衡感覚や協調性の喪失、足を引きずること、立ち上がったり座ったりするのに困難を経験したり、足を引きずること、立ち上がったり座ったりするのに困難を経験したり、制御不能な痙攣を経験したりすることが含まれます。認知症患者における指の機能に関する研究では、認知症患者における微細運動制御の低下が見られます。また、アルツハイマー病と軽度認知障害の患者では、健常者の高齢者よりもフィンガータッピング間隔が長く、タップ数が少ないことが報告されています。これをテストするために、日本の国立老化・老年病研究所（NCGG）と日立製作所は共同で、特定のフィンガータッピング動作とアルツハイマー型認知症との間に関連性が高いことを報告しました。これは、磁気センサー（UB1）を使用して、運動能力データからさまざまなタッピングパターンを抽出する波形分析技術を使用して行われました。認知症患者は、健常者よりも遅く規則的なタッピングを示しました。これは、単純なリズミカルな動作が認知低下の早期指標となる可能性があることを示しています。その後の共同研究で、NCGGと日立製作所は、健常者の高齢者とアルツハイマー病および軽度認知障害患者の間でフィンガータッピング時の指の動きの違いを調査しました。今回は、改良された磁気センシングフィンガータップデバイスUB-2を使用しました。研究では、アルツハイマー病患者はフィンガータッピング時に接触時間が遅れ、リズムが規則的ではなく、両手の間に時間差があることが示されました。研究の結果、アルツハイマー病および軽度認知障害患者の接触時間は、健常者の高齢者よりも「有意に長かった」と示されました。フィンガータッピング時の接触時間の遅れは、軽度認知障害の段階から始まる可能性のある特徴的なパターンであると指摘されています。 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