IBM 5 in 5：「オンチップ」の医療ラボは、ナノスケールで病気を追跡するための健康探偵として機能します

シリコン病気の早期発見を目的として、体液に含まれる粒子を選別するように設計されたウェーハ。

病気が早期に診断されるほど、治癒または管理に成功する可能性が高くなります。たとえば、ステージ1で検出および治療された乳がんと前立腺がんの5年生存率はほぼ100％です。ステージ4では、この割合は乳がんで約26％、前立腺がんで28％に低下します。

病気を早期に発見するための課題は、私たちの多くが症状が現れるまで治療を求めないことです。つまり、病気はすでに進行しています。マンモグラムのような今日の検出技術は、不快で不便であり、常に正確であるとは限りません。

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• 「オンチップ」の医療ラボは、ナノスケールで病気を追跡するための健康探偵として機能します
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私は10年半以上癌ゲノミクスに取り組んできましたが、その間、主にゲノミクス技術の進歩から驚くべき進歩が見られました。当初、私の仕事は主に、遺伝子発現アレイや、その後のRNAシーケンスなど、当時新しいテクノロジーから得られた大量のゲノミクスデータの処理に焦点を当てていました。

約10年前、IBM Researchにあるマイクロおよびナノテクノロジーの驚くべき専門知識とリソースを使用して、DNAシーケンシングを進歩させることができることを認識しました。約3年前、私のチームと私は、ナノテクノロジーを使用して、手がかりを探す探偵のように、体液からナノスコピックな疾患関連のバイオマーカーを非常に早い段階で検査できる診断デバイスを作成する方法を考え始めました。このようなデバイスは、患者の見通しを大幅に改善し、癌、感染症、神経変性疾患などの分野の医療に大きく貢献する可能性があります。

3年後、IBM Nanobiotechnologyグループ内で取り組んでいるナノスケールの決定論的横方向変位（nanoDLD）デバイスで、このビジョンの実現に近づいています。私たちの目標は、今後5年間で、このナノテクノロジーや他のナノテクノロジーを人工知能と組み合わせて、現在の課題を克服し、がんなどの病気を可能な限り早い段階で検出できるようにすることです。

私たちの予測は何ですか？

5年間で、ナノバイオテクノロジー技術の進歩により、症状が現れる前に癌などの病気の兆候を明らかにする小さな生体粒子について体液を検査およびろ過できるようになり、医師に相談する必要があるかどうかをすぐに知らせてくれます。

なぜこれが世界を変えるのでしょうか？

癌のような病気の治療には費用がかかります。米国臨床腫瘍学会によると、最近承認された癌治療薬は、平均して月に10,000ドルかかる可能性があります。一部の治療法は月額$ 30,000以上かかる場合があります。医師が癌を初期段階で診断できるようになると、破産（および死亡）の確率が大幅に低下します。家庭での妊娠検査を受けるのと同じくらい簡単に早期がんを検出できるようにすることで、がんの経済性を変え、将来の世代のためにがんの肉体的および精神的負担を大幅に軽減します。

同時に、予防的でパーソナライズされた薬のビジョンは、テクノロジーによって個人が自分の健康の生理学的、心理的、分子的、細胞的マーカーの定期的なスナップショットを取得できる場合にのみ実現できます。私たちのテクノロジーは、個人の分子と細胞の健康状態をシームレスに追跡できるようにします。

基盤となるテクノロジーは何ですか？

いくつかの企業は、病気を早期に診断するためにエクソソームなどの生体粒子の使用を検討していますが、IBMは必要な規模に到達し、チップ上でエクソソームの分離と検出を行う最初の企業です。私たちのアプローチでは、nanoDLDを使用して、IBMが設計した特別な非対称ピラーアレイを備えたシリコンチップを介して液体サンプルを処理します。配列は重要です—それはシステムがサンプル中の粒子を分類して分離することを可能にします。小さい粒子は流体の方向にジグザグに移動し、大きい粒子はピラーの非対称の方向に沿ってアレイを突き抜けます。大きな粒子は、高速道路でトラックの車線に逸脱することを余儀なくされたトラックの運転手のように動作しますが、小さな粒子は、逸脱することなくまっすぐに流れる小さな車のように動作します。同様に、当社のピラーアレイでは、検出または分析のために、さまざまなサイズの材料を分離および分離することができます。 『ザ・プライス・イズ・ライト』のゲーム 『プリンコ』や日本語版のパチンコに精通している方は、そのように見えます。

これらのチップから抽出された情報は、病気が存在するかどうかを示すことができる信号です。これは、睡眠モニターやスマートウォッチなどのIoT対応デバイスからのデータと組み合わせて、コグニティブシステムで処理し、健康状態を完全に把握することができます。

関連論文と特許

論文
Benjamin H. Wunsch、Joshua T. Smith、Stacey M. Gifford、Chao Wang、Markus Brink、Robert L. Bruce、Robert H. Austin、Gustavo Stolovitzky、Yann Astier、「分離のためのナノスケール横方向変位アレイ20nmまでのエクソソームとコロイドのネイチャーナノテクノロジー。

特許
米国特許第9,012,329号–「貴金属間のナノギャップ」

IBM 5 in5でIBMの2016年のテクノロジー予測をすべて読んでください。

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