Искусственный интеллект (ИИ) по-прежнему привлекает внимание в глобальной технологической сфере, но интерес к генеративным нейросетям постепенно угасает, открывая путь для других значительных изобретений.
Пока мир сосредоточен на конкуренции больших языковых моделей от технологических гигантов, ученые активно развивают методы создания искусственных органов, лечения ВИЧ и технологий для космических путешествий. Одной из наиболее значимых задач мировой медицины на протяжении десятилетий было искать лекарства от ВИЧ-инфекции и средства её предупреждения.
В августе текущего года специалисты американской компании Gilead Sciences представили первый в мире профилактический препарат, обеспечивающий, по их оценкам, стопроцентную защиту от вируса. Клинические испытания ленакапавира («Lenacapavir») проводились на группе из 2134 девушек в Уганде и ЮАР в возрасте от 16 до 25 лет. Препарат вводился внутримышечно дважды в год, и, как утверждают исследователи, ни одна из участниц не заразилась ВИЧ по итогам эксперимента, несмотря на их принадлежность к группе риска.
В ноябре медицинские работники Университета Эмори сообщили, что в рамках третьей фазы клинических испытаний ленакапавир продемонстрировал эффективность 96%. Однако данные о применении препарата для лечения ВИЧ на данный момент отсутствуют.
Ленакапавир воздействует на защитную белковую оболочку вируса, известную как капсид, разрушая её. Эта оболочка об encи ляются вирусную нуклеиновую кислоту (РНК), что позволяет вирусу менять функции клеток организма, так как капсид защищает РНК от цитоплазмы и способствует её проникновению в ядро клетки.
Ленакапавир, новый препарат от Gilead Sciences, разрушает капсид, позволяя РНК вируса взаимодействовать с клеточной средой и передавать свой генетический материал в ядро.
Однако основным его недостатком является цена: годовой курс терапии может превышать 40 тысяч долларов. Компания объясняет высокие затраты необходимостью финансирования научных исследований.
Тем не менее, ученые Ливерпульского университета под руководством Эндрю Хилла оценивают реальную стоимость ленакапавира в 40-100 долларов за год, если учитывать цену компонентов.
После COVID-19 международные научные круги начали адаптировать опыт, полученный при разработке вакцин, для создания новых методов лечения ВИЧ.
Камила Зарубина, управляющий директор Фонда «Сколково», отметила, что, несмотря на потенциал, высокая стоимость препарата остается непреодолимым препятствием.
В то же время, многие фармацевтические компании стремятся получить лицензии на производство более доступных аналогов, что может сделать лечение доступным в странах с высоким уровнем распространения ВИЧ, таких как Индия и США.
Кроме того, значительным достижением стала 3D-печать тканей головного мозга. Ученые Висконсинского университета в Мадисоне сообщили о создании растущих и функционирующих кортикальных тканей полосатого тела с использованием технологии горизонтальной 3D-печати.
Эта методика, по их мнению, способствует лучшему взаимодействию между нейронами и позволяет сохранить их структуру.
Ученые разработали новый способ создания органоидов, отличающийся от традиционных методов, основанных на клеточных культурах. Согласно их оценкам, 3D-печать обеспечивает более высокую точность в формировании клеточной структуры.
Полина Бикмулина, директор дизайн-центра «Биофабрика» Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, отмечает, что основными недостатками органоидов являются высокая вариабельность их формы и ограниченный размер, часто не превышающий 1 см. Это ставит под сомнение их использование в качестве искусственных органов.
Сравнивать обе технологии не совсем корректно, так как каждая из них предназначена для выполнения конкретных задач. Однако они могут успешно сочетаться: органоиды могут служить строительными блоками для будущих органов, а 3D-биопечать создаст каркас, в котором клетки будут расти.
В случае с мозгом и другими тканями органоиды потенциально полезны для моделирования заболеваний и исследования биологических процессов на клеточном уровне. 3D-биопечать позволяет более точно контролировать структуру и состав клеток, что делает её идеальным инструментом для создания моделей органов, тестирования лекарств и изучения клеточных взаимодействий в контролируемой среде, например, нейронных сетей или сосудистых тканей.
В практическом применении для создания тканеинженерных имплантов 3D-биопечать, безусловно, обеспечивает лучшие результаты по сравнению с технологиями органоидов.
В Институте регенеративной медицины Сеченовского университета разрабатываются «органы-на-чипе» с использованием технологии 3D-биопечати для тестирования новых лекарств.
Ученые создали модель кожи, обладающую микробиомом, что открывает возможности для изучения препаратов, направленных на лечение дерматологических заболеваний. В будущем такая модель сможет также помочь в моделировании самих заболеваний, объясняет Бикмулина.
Современные технологии для биоинженерных имплантов уже доступны, и институт активно работает над интеграцией этих технологий в рамках проекта «Орган-на-заказ». На текущий момент, несмотря на отсутствие возможности печати полных органов для трансплантации, учёные делают значительные шаги вперед.
К примеру, в прошлом году команда НИТУ «МИСиС» вместе с разработчиками из «Сколково» успешно провела уникальную операцию с использованием роботизированной руки, интегрированной с 3D-биопринтером. Эта рука заменила часть мягких тканей, применяя органоиды — групп клеток, выполняющих функции живых тканей.
Такие локальные операции, которые нацелены на замену небольших участков мышц или тканей, уже осуществимы сегодня, подчеркивает эксперт Камила Зарубина. Проблема создания тканей и органов, полностью совместимых с человеческим организмом, требует дальнейших исследований.
Дополнительно, одним из новых значимых достижений в области медицины стал метод анализа нейронных систем головного мозга под названием START (Single Transcriptome Assisted Rabies Tracing), разработанный учеными Института биологических исследований Солка в США.
Исследования в области неврологии и психиатрии сталкиваются с сложностями, поскольку на попытки лечения расстройств, таких как шизофрения и аутизм, влияет недостаток понимания работы мозга.
Профессор Эдвард Каллауэй из Солк Института предлагает новую технологию, названную «START», которая сочетает методы отслеживания вируса бешенства и анализ транскриптомики отдельных клеток через секвенирование РНК.
Модифицированный вирус проникает в разные участки мозга и взаимодействует с разными группами клеток, что позволяет выделить те нейроны, которые связаны между собой.
Благодаря этой методике удалось выявить более 50 видов тормозных нейронов в зрительной коре мыши и новые типы взаимодействий между ними.
Эти данные могут быть полезны для дальнейшего изучения нейронных популяций в человеческом мозгу, которые участвуют в патологиях, таких как аутизм и шизофрения.
В настоящее время лечение шизофрении и аутизма основано на использовании нейролептиков, которые воздействуют как на возбуждающие, так и на тормозные нейроны, что часто приводит к непредсказуемым побочным эффектам.
Новое поколение лекарств обещает более глубокое понимание тормозных нейронов и их механизмов, однако этот процесс требует значительного времени, включая как фундаментальные исследования, так и обширные клинические испытания.
Технологии получения энергии в космосе уже достаточно развиты, особенно с учетом применения солнечных батарей. Однако остается нерешенной задача передачи этой энергии на Землю.
В 2023 году сотрудники Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе в Санкт-Петербурге провели успешные испытания фотоэлектрических преобразователей на основе арсенида галлия. Эти устройства способны превращать лазерное излучение в электрический ток с эффективностью до 45%, что значительно превышает показатели аналогичных кремниевых систем.
Разработка подобных технологий открывает новые горизонты для эффективного извлечения энергии из космоса. В прошлом году исследователи из Калифорнийского технологического института смогли передать энергию с космической системы на Землю, однако полученной мощности не хватило даже для активации светодиодов.
Учитывая окружающие нас источники энергии — свет, тепло и движение — использование таких ресурсов стало очевидным и многообещающим направлением.
Профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ Михаил Аким считает, что последние разработки в области беспроводной передачи электроэнергии могут решить ряд проблем, связанных с энергоснабжением для систем Интернета вещей (IoT).
С ростом применения IoT увеличивается спрос на устройства без батарей. В последние десятилетия наблюдается развитие промышленных автоматизированных систем с использованием беспроводных датчиков, что способствует сокращению затрат и времени на прокладку проводов, подчеркивает эксперт.
Автоматизация современного предприятия представляет собой колоссальную задачу, требующую значительных ресурсов и инфраструктуры.
Проектирование подобных систем связано с необходимостью прокладки тысяч километров кабелей, что влечёт за собой огромные затраты на рабочую силу для монтажа и настройки.
В качестве альтернативы, развитие беспроводной передачи сигнала становится более актуальным, однако для успешного внедрения таких решений необходимо обеспечить надёжное питание множества датчиков.
На сегодняшний день часто используются батареи, срок службы которых в идеальных условиях достигает десяти лет, но на практике их работоспособность зачастую оказывается значительно короче, что создаёт дополнительные сложности.
Одним из ключевых достижений в области вычислительной техники стало создание механического кубита, который представляет собой шаг к разработке квантовых компьютеров.
Учёные Швейцарской высшей технической школы Цюриха объявили о создании кубита на основе пьезоэлектрического диска на сапфировой подложке.
Это устройство способно обрабатывать данные, принимая стандартные значения «0» и «1», а также находясь в состоянии суперпозиции — то есть занимая промежуточное состояние между этими двумя крайностями.
Время когерентности механических кубитов превышает аналогичные показатели их цифровых и комбинированных предшественников, что обусловлено их способностью к более длительным вычислениям без потерь информации.
Важно отметить, что для работы механического кубита не требуются сверхнизкие температуры, которые необходимы для других технологий квантовых вычислений.
Учитывая все эти факторы, специалисты прогнозируют появление промышленных квантовых компьютеров в ближайшие пять-десять лет.
Однако у механического кубита есть значительный недостаток — его точность составляет всего 60%.
Заместитель начальника Управления цифровой трансформации РЭУ им. Г.В. Плеханова Павел Терелянский указывает на то, что это значит, что почти половина состояний остаётся неопределённой.
Хотя два крайних состояния — «есть вибрация» и «нет вибрации» — могут быть обнаружены с 100% точностью, критически важной является именно суперпозиция состояний, определяемая с низкой надёжностью.
Применение квантовых компьютеров на основе механических кубитов ожидается в области сложных математических операций, включая искусственный интеллект, молекулярное моделирование, оптимизационные и криптографические задачи, что подчеркивает значимость этого технологического прогресса.
