Ні краплі крові: як петербурзький стартап «Брейн Біт» винайшов точний атравматичний глюкометр

«Брейн Біт» з'явився в 2014 році як стартап, який працює на стику медицини та ІТ. Головним напрямком компанії

стала розробка високотехнологічних приладів,медичних гаджетів і технологічних рішень, які полегшать життя людям з хронічними або невиліковними захворюваннями. Коли і без того хвороба робить життя людини важкою і залежною від доступності лікаря, певних медикаментів або приладів, метою медицини стають мобільність і позбавлення від ряду недоліків пристроїв минулих поколінь, таких як прив'язка до електричної мережі або необхідність присутності професійного медика, інвазивний спосіб застосування або неможливість використання гаджета в поїздках.

Фото: Єгор Цвєтков / «Хайтек»

Засновник і генеральний директор «Брейн Біта»Едвард Крижанівський зацікавився проблемою діабетиків після зустрічі з медиками на одній з нарад по його поточній роботі - на той момент він займався іншими проектами на базі інфрачервоної спектроскопії. Від лікарів Крижанівський почув страхітливу статистику - в Росії налічується близько 5 млн хворих, а в усьому світі майже 422 млн людей, які страждають на діабет. Більш того, кожна дванадцятирічну кількість діабетиків подвоюється. Щорічно на планеті від діабету помирає близько 1,6 млн осіб, а до 2030 року вже кожна сьома смерть буде викликана цим захворюванням. Життя діабетикам ускладнює і спосіб контролю за станом їх здоров'я. Щоб перевірити рівень глюкози в крові, доводиться кожен раз проколювати шкіру, що викликає не тільки фізичний дискомфорт, а й небезпека інфікування, а в зв'язку з цим і обмеженість у використанні: навряд чи варто проколювати немитий палець на вулиці.

Крижановський вирішив, що розробка неінвазивногоприладу для діабетиків може стати відмінним прикладом того, як фізика допомагає медицині. Едвард закінчив Великий університет в Петербурзі за напрямком «Фізика елементарних частинок». І ще з моменту закінчення навчання мріяв продовжити справу Ейнштейна: знайти єдине начало між фундаментальними взаємодіями фізичного світу. Аналогічними дослідженнями займалися великі вчені, в тому числі і Стівен Хокінг, проте практична реалізація цих теорій - справа далекого майбутнього. Тоді як вирішення глобальних проблем, пов'язаних зі здоров'ям людини, вимагає практичних і конкретних кроків вже зараз. Едвард вирішив, що власний високотехнологічний бізнес - оптимальний спосіб застосування своїх знань і досвіду. В першу команду «Брейн Біта» увійшли кілька провідних лікарів, програмістів та інженерів, з більшістю з яких Едвард познайомився ще в роки навчання в СПбДУ. Так з'явився стартап зі створення неінвазивного і атравматичної глюкометра.

На межі фізики та біології

Ще під час навчання в аспірантурі Едвард вибрав для своєї наукової діяльності біофізику. За його словами, цей напрямок дозволяє побачити реальні результати наукових розробок.

В кінці 90-х років Крижанівський розробивтехнологію, яка вміє розрізняти синтетичні і природні ефірні масла. Метод досі використовується в підрозділі компанії Estée Lauder, що спеціалізується на виробництві натуральної косметики. Едварда як перспективного вченого запросили на стажування до Міннесоти, США. Але після тримісячної практики, незважаючи на блискучі американські перспективи, Едвард повернувся в Росію, так як хотів розвивати саме вітчизняну науку.

У 2003 році Крижановський захистив дисертацію, ачерез чотири роки разом зі своїм другом, теж випускником фізфаку СПбДУ Арменом Григоряном, заснував компанію Bioenergy Technologies, яка займалася розробкою комплексів для навчання людей контролю над власними емоціями і психічним станом. Програмно-апаратний пристрій, розроблене Крижанівським та Григоряном, моделювали ігрову ситуацію, а випробуваний керував фігуркою на екрані, не застосовуючи миша, клавіатуру або інша фізична пристрій. Вплив на персонаж здійснювалося тільки завдяки змінам у свідомості.

Фото: Єгор Цвєтков / «Хайтек»

Крижановський відповідав за концепцію, математичнімоделі, обчислював алгоритми, а Григорян писав програмні коди і розробляв софт. У проекті були задіяні лікарі, інженери та дизайнери. Одна з методик - нейроинтерфейс на базі ІК-спектроскопії сьогодні використовується в Інституті мозку РАН. Крім того, інфрачервона спектроскопія - єдиний безопераційний спосіб визначити стан головного мозку в ході спостереження за динамікою рівня кисню в судинах. Вартість апарату в сотні разів нижче, ніж установки для МРТ, а спектр вирішуваних завдань можна порівняти.

Інфрачервона спектроскопія для діагностики раку

У медицині інфрачервона спектроскопіявикористовується як інструмент вивчення біохімії тканин. ІК-спектроскопія, зокрема, чутлива до структури і концентрації макромолекул (білків, ДНК) і набагато менш застосовна для виявлення невеликих молекул, які знаходяться в клітинах в низькій концентрації. Зміни в ІК-спектрах біологічних матеріалів свідчать про патологіях, пов'язаних з порушенням біохімічного складу зразка. Наприклад, ракові зміни часто пов'язані з присутністю кількох ядер в клітині. Відповідно, інфрачервона спектроскопія показує діагностичні зміни, пов'язані з посиленням поглинання нуклеїнових кислот.

Збір та інтерпретація даних можливі абокласичним методом (вивчення інтенсивності характеристичних смуг поглинання за спектрами), або шляхом побудови просторових карт інтенсивності частот. В останньому випадку використовується інфрачервоний мікроскоп, що дозволяє знімати спектри послідовно із заданих точок зразка, а потім відображати результат у вигляді тривимірного графіка.

Перевагою такого методу дослідження єуніверсальність приладу: для вивчення широкого спектру порушень в різних тканинах не потрібно серйозної перебудови конфігурації або використання спеціальних детекторів і реагентів.

Майже за 12 років роботи команда Крижанівського здесяти чоловік розробила шість медичних пристроїв, які використовуються більш ніж в 30 країнах, а з 2 тис. клієнтів близько 50% - це закордонні клініки. Кошти від продажу технологій дозволили компанії займатися наукою і новими розробками без сторонніх інвестицій на початкових етапах.

Фото: Єгор Цвєтков / «Хайтек»

Вдосконалений прилад управління емоціямитепер існує в формі гаджета, доступного широким масам. Сам вчений стверджує: навчившись керувати емоціями, людина в стресовій ситуації здатний перейти в розслаблений стан, не дозволивши стресу порушити роботу організму. Усвідомлене перемикання фаз активності мозку дозволяє висипатися набагато швидше.

Фізика в ендокринології

Методів лікування діабету сьогодні не існує,лікарі лише дають рекомендації по харчуванню та призначають препарати для зниження рівня глюкози крові. Другий тип діабету не вимагає уколів інсуліну, тоді як контроль над захворюванням першого типу здійснюється підшкірним упорскуванням інсуліну. Дозування препарату визначається, виходячи з показників цукру крові. Виміряти рівень глюкози до недавнього часу можна було тільки інвазивним методом: проколоти шкіру, нанести кров на тест-смужку, отримати свідчення глюкометра. Діабет першого типу вимагає контролю рівня цукру кілька разів на добу.

Інвазивний метод визначення рівня цукрустворює фізичний дискомфорт: больові відчуття і огрубіння подушечки пальців. Є висока ймовірність інфікування. Дітям, що страждають на діабет, психологічно складно змиритися з необхідністю постійно відчувати біль від уколів.

Розробка неінвазивного глюкометра ведетьсядесятиліттями, але вражаючих успіхів так і не було досягнуто. А в ЗМІ і зовсім з'являються публікації, що неінвазивні пристрої - всього лише міф і «розлучення» на гроші. У Росії пошуком методики зайнято близько десяти колективів вчених. Для вирішення цієї амбітної наукової задачі Крижановський у 2014 році створив стартап «Брейн Біт». Зараз в компанії працює 11 чоловік. Спочатку вчені-біофізики, які працювали над пристроєм, і зовсім працювали в домашніх умовах.

Від Чилі до Японії

Вивчивши роботи попередників і проаналізувавшиїх помилки, група вчених «Брейн Біта» взяла за основу принципи оптичної спектроскопії, продовживши дослідження, які вів Крижановський раніше. Вибір був продиктований наявністю досвіду в цій галузі науки і можливістю охоплення варіативності компонентів якісного складу шкіри і крові. В ході експериментів було виявлено залежність точності вимірювань від кількості пігменту меланіну, який відповідає за колір шкіри. «Максимум поглинання світла у глюкози і води близькі, 940 і 960 нанометрів, і ця фізична особливість гальмувала створення неінвазивного приладу у попередніх розробників. Наша команда змогла обчислити нелінійну формулу поглинання світла, що і стало серйозним проривом в дослідженнях », - пояснює Едвард.

Новизна методики полягає в способі вимірукількості глюкози в крові. Показник розраховується, виходячи з інформації, отриманої при вимірі поглинання глюкозою випромінювання в оптичному діапазоні спектра. Вимірювання проводяться одночасно в трьох діапазонах. При роботі приладу інформація з фотосенсорів знімається з частотою до декількох десятків вимірювань в секунду і фільтрується на діапазонах поглинання води. В конструкції пристрою застосовуються кастомниє світлодіоди.

«Глюкометр, розроблений нашою командою, можнавикористовувати не тільки як самостійний прилад, але і передавати з нього дані на інші пристрої. За рахунок з'єднання по Bluetooth або USB інформація про стан здоров'я може надходити на персональний комп'ютер, планшет або смартфон, - розповідає Едвард. - Функціонал пристрою буде включати в себе можливість відправляти в автоматичному режимі результати аналізу онлайн. Глюкометр через задані інтервали часу може проводити виміри і відправляти дані лікаря. У разі відхилення концентрації глюкози від норми пацієнт буде оперативно отримувати рекомендації ».

Вже до кінця 2014 року на власні коштикомпанія «Брейн Біт» створила перший прототип приладу. На його розробку було витрачено близько 500 тис. Рублів. Випробування першого приладу проводилися в Петербурзі і Пуерто-Ріко. Вибір майданчиків для випробувань продиктований необхідністю діагностики людей різних рас з різним кольором шкіри. Особлива увага до глюкометра «Брейн Біта» приділили в Аргентині і Чилі, де проблема діабету стоїть особливо гостро.

«Країни-рекордсмени за захворюваністю на діабет: США, Індія, Індонезія і країни Латинської Америки, - розповідає Едвард. - Саме тому ми представили прилад в Чилі та Аргентині. Ці держави створили програму підтримки хворих, безоплатно виділяючи їм глюкометри і тест-смужки до них. Медичне співтовариство цих країн виявило велику зацікавленість в методиці "Брейн Біт" ».

Фото: Єгор Цвєтков / «Хайтек»

Ключова формула піків поглинання світла,використовувана в глюкометр, запатентована в Росії, подана заявка в аналогічну міжнародну структуру PCT. Зараз відбувається переклад патенту на національні фази в 16 стран.Точность вимірювання складає 15%, це можна порівняти з похибкою традиційних глюкометрів. У визначенні екстремально високого рівня глюкози точність приладу нижче на 3%.

Подальше вдосконалення вимагало коштів,тому вчені взяли участь в акселератор. Допомога ментора GenerationS Олега Мальсагова дозволила групі Крижанівського змоделювати фінансову складову проекту і розробити бізнес-план. Проектом «Брейн Біт» зацікавилися ИНВИТРО і визнаний лідер виробництва традиційних аналізаторів цукру крові Johnson & Johnson.

Засоби від першого інвестиційного траншувитрачені на вдосконалення методики: оптимізовано положення пальця на анализирующем пристрої, розширено робочий діапазон приладу. У другій половині 2016 роки знадобилося залучення чергових інвестицій для розробки каліброваного модуля і синхронізації приладу з мобільними пристроями.

У 2018 році Фонд «Сколково» ініціював участьстартапа в міжнародному конкурсі інновацій азіатського регіону. Захід в сьомий раз проводиться в передмісті Токіо, де один з японських девелоперів будує розумне міський простір. 20 учасників конкурсу показали роботи в галузі штучного інтелекту і передових медичних приладів.

«Брейн Біт» зайняв в конкурсі друге місце,отримав визнання, що вони рухаються в правильному напрямку, а атравматичний глюкометр - важливий для людства прилад. Відставши від переможця на соті частки рейтингу, члени команди «Брейн Біта» отримали грошовий приз 300 тис. Рублів і три безкоштовних робочих місця в Токійському коворкінг терміном на два роки.

Демонстрація глюкометра перед японськимикорпораціями, за словами Крижанівського, викликала зацікавленість серед японських розробників медичних гаджетів. Партнерські відносини з японськими виробниками медтехніки, як вважає засновник стартапу, дозволять неінвазивного глюкометра вийти на азіатський ринок.

У британському Кембриджі «Брейн Біт» представивсвій глюкометр на міжнародному форумі, що пройшов в кінці 2018 року. Команда вирушила туди, будучи переможцем конкурсу, проведеного спільно Фондом «Сколково» і AstraZeneca - разом з п'ятьма іншими призерами Startup Challenge 2018 і головою Фонду «Сколково» Аркадієм Дворковичем.

На початку клінічних випробувань

У першому кварталі 2018 року «Брейн Біт» подавдокументи на сертифікацію неінвазивного глюкометра в Росздравнадзор. Багатоетапний процес сертифікації медичних приладів займає рік-півтора і включає в себе узгодження техумов, розробку файлу менеджменту ризиків, складання актів випробувань та посібники користувача. На наступному етапі проводяться токсикологічні і технічні випробування. Фінішна пряма - отримання дозволу на клінічні випробування в умовах медичних установ, тобто на тестування на людях. Після вивчення протоколів випробувань в разі необхідності допрацьовується документація, адресована виробнику. Успішно пройдена тестування дає право на отримання реєстраційного посвідчення. Це означає, що прилад рекомендований для серійного виробництва.

Фото: Єгор Цвєтков / «Хайтек»

З отриманням патенту в нашій країні труднощів невиникло. Для отримання патенту в зарубіжних країнах потрібна була більше коштів і часу. В цілому переклад патенту обійшовся більш 2 млн рублів.

Едвард Крижанівський не планує вироблятиатравматичний глюкометр силами своєї компанії. Передача ліцензії виробникам медтехніки прискорить вихід приладу на ринок і знизить витрати на його виготовлення.

Прилад серійного виробництва буде представлятисобою оптичний сенсор вагою 180 г з можливістю як автономної роботи, так і комунікації з комп'ютерами і мобільними пристроями шляхом передачі даних по Bluetooth або USB. Точність вимірів не залежить від індивідуальних властивостей шкіри пацієнтів. За словами розробників, ніяких побічних ефектів від застосування приладу виявлено не буде. Точна вартість неінвазивного глюкометра поки не встановлена. За словами Крижанівського, вона буде лежати в межах 20 тис. Рублів, а перші пристрої з'являться в продажу вже до кінця 2019 року, після сертифікації в Росздравнадзоре.

«На початку 2019 року отримані серійні сенсори,вироблені в Китаї і Росії. Зараз вони тестуються. В ході випробувань оптимізується формула, - доповнює Едвард Крижановський. - Як тільки будуть отримані результати, наближені до отриманих на прототипі, глюкометр буде запущений в серію ».

Доступність і безболісність неінвазивних глюкометрів зроблять первинну самодіагностику діабету безпечною і комфортною.

Говорячи про перспективи «Брейн Біта», ЕдвардКрижановський зазначає: «Наробітків у нас ще на десять нових проектів, але про просування говорити поки рано. Це буде виправдано після того, як поточні розробки займуть своє місце на ринку, або після продажу ліцензії ».