Последняя капля

Чего не смог Theranos?

В США судят Элизабет Холмс — женщину, которая в 19 лет создала стартап, привлекла в него миллионы инвестиций, а в 34 оказалась за решеткой. Инвесторам Theranos обещал диагностику нового поколения: компактное устройство, которое по единственной капле крови делает сотни анализов. Но обещаний своих не исполнил. Значит ли это, что такая диагностика в принципе невозможна — или кто-нибудь успеет совершить революцию в лабораторных анализах за те годы, которые Холмс проведет в заключении?

Все, кто вспоминал о встрече с Элизабет Холмс, — в разговорах с журналистами или показаниях в суде — сходились на том, что она всегда звучала очень убедительно. Хорошо поставленная речь, привычка не моргать, глядя в глаза собеседнику. И голос. Низкий, с хрипотцой, почти баритон — такого не ожидаешь услышать от девушки. Правда, злые языки потом говорили, что Холмс якобы специально тренировала его, чтобы производить «мужественное» впечатление, — легко ли, мол, женщине делать карьеру в Кремниевой долине.

В 2003 году, когда она зарегистрировала свой стартап, у нее не было в команде ни именитых ученых, ни богатых покровителей. Только общая идея «умного пластыря» и немного денег: остатки кредита на учебу, которые освободились, когда Холмс бросила Стэнфордскую школу химической инженерии после первого курса. Пластырь, созданием которого решила заняться девушка вместо изучения химии, должен был забирать каплю крови с помощью микроиглы, анализировать ее, отправлять результат врачу и затем рассчитывать, сколько лекарства ввести пациенту.

Ученые и покровители у Холмс и ее пластыря появились довольно быстро. Сначала это были знакомые по Стэнфорду и влиятельные друзья ее отца. Этого было достаточно, чтобы начать создавать прототип чудо-прибора. После недолгих размышлений от пластыря Холмс отказалась и заменила его на проект миниатюрной машинки размером с карманный глюкометр. Стартап назвали «Теранос»: от «терапии» и «диагноза».

11 лет спустя на Холмс работали уже пятьсот человек. В составе совета директоров появились влиятельные фигуры, вроде бывших госсекретарей США Джорджа Шульца и Генри Киссинджера. В «Теранос» вложили сотни миллионов долларов, а капитализация достигла 9 миллиардов — что сделало его одним из самых дорогих стартапов Кремниевой Долины.

При этом «Теранос» за десять с лишним лет не опубликовал ни одной научной статьи о своей технологии — инвесторы и клиенты доверяли авторитету людей в совете директоров и голосу Холмс, к тому момент сменившей мешковатые костюмы на черную водолазку в стиле Стива Джобса. А пока она подписывала контракты на поставку приборов «Теранос», сотрудники компании не спали ночами, пытаясь заставить эти приборы работать. Тех же, кто пытался обратить внимание начальства на эту нестыковку, увольняли.

К 2015 году среди уволенных и недовольных нашлись те, кто были готовы говорить, не боясь судебной тяжбы с компанией. Бывшие работники «Тераноса» вышли на журналиста Джона Каррейру и рассказали, что отсутствие научных публикаций неслучайно: у компании действительно большие проблемы с технологией, а ее анализы часто ошибаются.

В 2015 году Каррейру написал об этом первую статью. К этому времени стартап уже начали проверять в FDA, но расследование вызвало волну новых расследований и большой скандал. В 2018 году компания закрылась, Каррейру написал о ней книгу, а Холмс стала фигуранткой дела о мошенничестве — вместе с Рамешем Балвани, своим бывшим бойфрендом и исполнительным директором «Тераноса». В январе 2022 года суд признал виновной Холмс, а в июле и Балвани. С тех пор они ждут приговора: обоим грозит до 20 лет тюрьмы.

А пока судьи думают о том, насколько сознательно Элизабет Холмс вводила инвесторов и клиентов в заблуждение, работа над чудо-прибором не прекращается. Просто этим занимаются уже другие компании и стартапы. Компактный анализатор, который измеряет параметры крови по одной капле, невзирая на провал «Тераноса», по-прежнему очень востребован.

Хватит ли капли?

«Я определенно боюсь игл. Это единственное, что меня на самом деле пугает», — говорила Элизабет Холмс в интервью журналу Wired. И добавляла, что боязнью крови и уколов страдают 3-4 процента людей. Многие люди, говорила Холмс, не идут сдавать анализы, получив назначение от врача, — потому что не хотят сдавать кровь из вены. И вот для них, продолжала она, «Теранос» мог бы предложить удобное решение.

Выглядеть это должно было так: легкий укол в палец, на коже выступает капелька, и ее втягивает в себя специальный картридж. Внутри него находятся два «нанотейнера» — маленьких пробирки длиной всего 1,3 сантиметра, которые с трудом можно было разглядеть на рекламных плакатах «Тераноса». Дальше лаборант загружает картридж с этими пробирками в прибор, а тот сам замеряет в крови все нужные параметры.

Но врачи в поликлиниках не просто так предпочитают брать у пациентов кровь из вены. Прокол пальца — это пусть небольшая, но травма. А значит, в образец может попасть тканевая жидкость или микросгустки крови, которых в норме в ней быть не должно. Этого не происходит, когда кровь берут из вены: там игла проникает напрямую в кровоток.

Но даже тогда, когда кровь берут из пальца, медики не ограничиваются одной каплей. Во-первых, потому что «капля» — понятие неточное. В зависимости от того, как и у кого ее взяли, она бывает разного размера: от 15 до 150 микролитров. Во-вторых, если каких-то веществ или клеток в крови мало, то высока вероятность, что они просто не попадут в случайно взятую каплю. Или попадут — но не в той концентрации, в которой они плавают в остальном кровотоке. Например, исследование 2015 года показало, что в разных каплях крови может содержаться разное количество гемоглобина, а также тромбоцитов и лейкоцитов. По количеству ДНК тоже бывает разброс: от 30 до 40 микрограмм на миллилитр крови в зависимости от донора.

Так что клинические лаборатории обычно работают не с микролитрами, а миллилитрами крови — как правило, не менее десяти. И нынешние аналитические приборы рассчитаны на такие объемы. Если в них поместить маленькую каплю, им просто не хватит чувствительности, чтобы распознать сигнал, например, свечение от антител, связавших какое-нибудь вещество.

Чтобы работать с отдельными каплями, «Тераносу» нужно было построить собственный, более чувствительный прибор. Но к тому моменту, когда компания начала продавать свои услуги, с этой задачей она на самом деле не справилась, и капли для анализа не хватало. Но вместо того, чтобы брать у пациентов больше крови, эту каплю стали разбавлять физраствором — настолько, что концентрация веществ в них нередко оказывалась ниже порога чувствительности анализатора.

Естественно, работая с такими концентрациями, прибор «Тераноса» то и дело ошибался. Сотрудники Холмс сидели на работе ночами напролет, пытаясь заставить машину выдавать стабильные ответы для очередной презентации, — но тщетно. Позже, когда «Теранос» вышел на рынок и начал проводить коммерческие анализы, клиенты неоднократно жаловались на ложные результаты. Кто-то выяснил, что у него в крови зашкаливает концентрация маркера злокачественной опухоли. А некоторым здоровым беременным женщинам компания сообщила, что у них выкидыш.

В большинстве случаев эти недоразумения разрешались повторным тестом уже в обычной лаборатории — который показывал, что со здоровьем у пользователей «Тераноса» все в порядке. Но возможны и обратные сценарии: когда больной человек получил «здоровый» анализ и не пошел к врачу. Хотя о таких историях ни один из клиентов не сообщил.

И все же некоторые компании до сих пор пытаются научить свои приборы обходиться одной каплей крови. Например, стартап из Массачусетса вернулся к исходной идее Холмс об умном пластыре и создал небольшое пластиковое устройство размером в полкулака, которое приклеивается к коже с помощью липкой ленты.

На этой полоске около 30 микроигл, каждая размером с ресницу. Вместе они вытягивают из пациента от 100 микролитров крови. Это примерно в два раза больше, чем среднестатистическая капля, но брать ее предлагается из плеча: там меньше нервных окончаний, чем на кончиках пальцев, поэтому процедура может быть почти безболезненной. Этот прибор уже получил одобрение FDA для простых анализов, например, чтобы измерять уровень сахара в крови.

Есть и проекты, которые уже испытывают в некоторых американских больницах. Прибору i-STAT достаточно двух-трех капель крови, нанесенных на картридж, — он измеряет содержание основных ионов, глюкозы и мочевины. Сейчас его используют в реанимации — чтобы за несколько минут оценивать состояние пациентов и корректировать лечение.

Но Элизабет Холмс хотела, чтобы ее прибор стоял в каждом доме.

Хватит ли всем?

К концу третьего года пандемии ковида мы все оценили удобства самостоятельного тестирования на дому, с которым раньше приходилось иметь дело преимущественно людям с диабетом. Делать самому себе анализ на ковид — это как минимум быстро и просто. Достаточно засунуть палочку в нос — и сразу понятно, стоит ли сидеть на карантине или можно выйти в люди. Не нужно выделять время, собираться с силами, ехать к врачу и переживать.

Кроме того, домашние тесты — это дешево. Не приходится тратить деньги на работу медсестры, которая берет анализ, и клинической лаборатории, которая его обрабатывает. Холмс обещала, что тесты на ее приборе будут стоить буквально пару долларов, самые дорогие — около двадцати. Это, говорила она, откроет для многих людей окно в мир обследований и чекапов. И приводила в пример своего дядю: если бы он имел доступ к дешевым анализам, то мог бы вовремя заметить начинающийся рак кожи и прожить подольше.

Рынок медицинских анализов огромен: только в США это сотни миллионов потенциальных клиентов. «Теранос», правда, не дошел до того, чтобы продавать свою разработку частным лицам. Но даже если бы его приборы стояли в общественных местах — клиниках, аптеках, продуктовых магазинах, фитнес-центрах или просто офисах — это уже принесло бы «Тераносу» огромную прибыль. Холмс мечтала оснастить такими мини-лабораториями еще и Вооруженные Силы США, чтобы отслеживать состояние раненых прямо на поле боя.

Но для этого аппарату «Тераноса» нужно было стать действительно компактным. Холмс настаивала на том, чтобы он умещался на рабочем столе или в шкафу.

Первый прототип назывался «Theranos 1.0», и он был построен на системе микрокапилляров. Каплю крови нужно было поместить на картридж размером с банковскую карточку («нанотейнеры» придумали позже), внутри которого жидкость растекалась по ветвистой сети микроканалов, а они уже вели в разные отсеки с антителами. Картридж уже помещали в аппарат, и тот измерял свечение каждого отсека — то есть как много белков из образца связалось с антителами.

Конструкция получилась очень сложной. По капиллярам по очереди должны были проходить разные жидкости: кровь, физраствор, другие реагенты. Эти потоки нужно было разделить, поэтому инженеры «Тераноса» пытались снабдить и без того запутанную сеть капилляров клапанами, которые открывались бы через определенное время и в определенном порядке. Вышла хрупкая система, где каждый раз что-нибудь ломалось или протекало. Кроме того, сами картриджи стоили больше 200 долларов за штуку.

Поэтому концепция изменилась, и инженеры «Тераноса» создали аппарат под названием Edison. Здесь уже появился прототип нанотейнера — миниатюрной колбы для крови, которая вставлялась в прибор. Внутри «Эдисона» сидел робот. Он забирал кровь из колбы, раскапывал по отсекам и смешивал с реагентами. И там же, внутри, шли реакции — получилась целая медицинская лаборатория в миниатюре.

Такая конструкция, по словам Холмс, должна была выдавать анализы повышенной точности. Разброс в результатах, объясняла она журналистам, зависит в основном от человеческого фактора: не вовремя взяли образец в работу или неаккуратно с ним обращались. А если поручить эту задачу технике, то должно хватить и капли крови: мол, все дополнительные миллилитры на самом деле — просто страховка от оплошностей лаборанта.

Потом, правда, выяснилось, что и роботизированный лаборант работал спустя рукава. В частности, потому что у него не было даже «профильного образования». Его разработала другая компания и предназначался он для нанесения клея. А в «Тераносе» к нему просто приделали дозатор и написали программу передвижений внутри прибора.

Поэтому с образцами то и дело возникали сложности. Робот промахивался мимо картриджа, пипетки ломались, а их содержимое расплескивалось по внутренностям «Эдисона».

Третье поколение разработок «Тераноса» называлось miniLab. Он был еще более сложно устроен, чем «Эдисон», и совмещал в себе сразу несколько аналитических приборов в миниатюре — плюс роботизированные манипуляторы, которые переносили между ними реагенты.

Но чем больше элементов в системе, тем больше с ней проблем. Механические пипетки и насосы со временем расшатывались и начинали терять драгоценную кровь. А измерительные приборы, запертые в тесном корпусе, перегревались — отчего тоже начинали сбоить.

«Минилаб» так и не добрался даже до тех, с кем Холмс успела заключить контракт на поставки: сети аптек Walgreens и супермаркетов Safeway. Да и партнерство с Минобороны не сложилось: у чиновников не вызвала доверия технология, о которой нет ни подробных отчетов, ни научных публикаций.

Но это не значит, что построить небольшой аналитический прибор в принципе невозможно. Даже стандартные приборы для лабораторий часто бывают не очень большими — например, популярный анализатор ADVIA 1800 от Siemens размером с крупный письменный стол.

Можно сделать и поменьше. Анализатор Piccolo Xpress от компании Abbott размером с обувную коробку умеет измерять концентрацию разных ферментов, липидов и солей — всего 16 разных анализов. Правда, для работы ему нужна не одна капля, а две или три.

А израильский стартап Sight Diagnostics и вовсе умеет управляться буквально с двумя каплями крови. Созданный им прибор размером с тостер может «оцифровывать» кровь в цветные микроскопические изображения. А потом эти картинки рассматривает нейросеть, которая подсчитывает разные типы клеток в образце. Правда, эта разработка сейчас на той же стадии, где застрял «Теранос» — испытаний в лабораториях.

Но ни один из этих приборов не похож на мечту Элизабет Холмс. И дело не только в том, что не все они умещаются на столе. Важнее, что их невозможно использовать в одиночку. По крайней мере, их разработчики предполагают, что с ними будет управляться лаборант. А брать кровь — медсестра, особенно в тех случаях, когда нужно больше, чем капля из пальца. Но главное — каждый из этих приборов может измерить буквально несколько, в лучшем случае несколько десятков параметров крови. А «Теранос» обещал, что сможет проводить более 200 тестов на одном «Минилабе».

А можно все и сразу?

Прибор, который стоит в каждом доме, должен быть универсальным. Одному интересен уровень глюкозы в его крови, другому — холестерин, третьему — опухолевые маркеры или вирусная ДНК. Сейчас для того, чтобы измерить это все одновременно, мы сдаем несколько пробирок крови для анализа в разных приборах, которые иногда стоят в разных лабораториях. Но аппарат «Тераноса» должен был уметь все.

Хотя веб-сайт компании удален, его архивная копия еще хранит полный список анализов, которые якобы умеет делать ее машина. Там 240 с лишним пунктов — среди которых концентрация лекарств и наркотиков в крови, опухолевые маркеры и гормоны. Все это задачи, для которых нужны разные технические решения — потому что в этом списке встречаются разные группы химических веществ или клеток.

Чтобы подсчитать кровяные тельца, нужно фотографировать мазок крови или прогонять клетки по одной через цитометр. Концентрацию белков измеряют с помощью антител и иммунофлуоресцентного анализа. А для того, чтобы обнаружить ДНК или РНК (так диагностируют, например, вирусные инфекции), понадобится ПЦР — для которой нужен амплификатор.

Инженеры «Тераноса» не смогли уместить в один небольшой контейнер фотоумножитель, спектрофотометр, цитометр и амплификатор так, чтобы те не мешали друг другу работать. Поэтому руководство пошло на хитрость, решив в начале поставить в аптеках и супермаркетах «Эдисоны» вместо «Минилабов». Но поскольку и те работали нестабильно, и к тому же умели далеко не все, то в точки сбора анализов вообще отправили дежурить медсестер, которые забирали у людей кровь (иногда даже из вены), а потом отправляли ее в лабораторию «Тераноса». Это не было похоже на то, что описывала в своих выступлениях и интервью Холмс и, по сути, ничем не отличалось от обыкновенной медицинской практики.

А так как «Минилаб» работал плохо, а «Эдисон» умел проводить только хемилюминесцентный анализ, то и лаборантам приходилось мухлевать. Те анализы, которые невозможно было получить с помощью «Эдисона», проводили на обычных коммерческих приборах. Это, впрочем, было секретом фирмы. Во время проверок сторонним наблюдателям показывали не всю лабораторию, а только коммерческие анализаторы — объясняя, что они стоят здесь для сравнения и помогают в разработке собственного прибора. А «Эдисоны» и «Минилабы» хранились в отдельном помещении, куда не имела доступ большая часть персонала.

Закрытость вообще была характерной чертой «Тераноса» — на нее жаловались все бывшие сотрудники, которые общались потом с журналистами. Элизабет Холмс была помешана на сохранении коммерческой тайны: в одном отделе не знали, что делают в другом, с самими разработками были знакомы только их непосредственные авторы, а перед увольнением сотрудников заставляли стирать всю рабочую переписку и подписывать соглашения о неразглашении. Из-за этого даже служащие «Тераноса» долгое время не догадывались о масштабах фальсификаций, а когда догадывались — быстро увольнялись.

Но никакой новой технологии компания на самом деле не придумала. Инженеры, создававшие «Минилаб», просто занимались миниатюризацией уже существующих решений. Тем временем их конкуренты добились тех же целей, просто сделав ставку на новые методы анализа.

Это удалось, например, другой калифорнийской компании. Ее прибор, сертифицированный в 2019 году, работает на основе оптических кольцевых резонаторов. Это полимерные кольца, покрытые антителами изнутри. Когда свет попадает внутрь кольца, он начинает там «бегать по кругу» — в результате некоторые его волны входят в резонанс сами с собой. Они накладываются друг на друга, их амплитуда увеличивается, и из кольца выходят интенсивные волны только определенной частоты. Она будет зависеть от того, какое антитело сидит внутри кольца. Если же с антителами связывается антиген, частота меняется — и это может заметить прибор.

Всего внутри стоят 128 таких колец на поверхности единого кремниевого микрочипа. Над кольцами проходит канал, по нему течет кровь, а кольца ловят в ней свои антигены. После этого можно посветить на кольца и измерить частоту выходящего из них света. Чем сильнее она изменилась по сравнению с пустым кольцом — тем больше в крови соответствующего вещества. Таким образом получается за один раз измерить концентрацию 128 маркеров. Этот аппарат часто сравнивали с машинами «Тераноса». Однако, в отличие от скандального стартапа, у ее создателей есть и научные публикации, и одобрение FDA.

Другой пример — финский стартап, который сделал ставку на ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Его суть в том, что внешнее магнитное поле заставляет ядра атомов менять свой спин с определенной частотой — а эта частота зависит от того, какие еще атомы-соседи есть у этого ядра. Поэтому у каждой функциональной группы из нескольких атомов есть своя частота, и так можно распознать концентрацию небольших молекул с этой функциональной группой. То есть прибор на основе ЯМР не умеет различать длинные белки или нуклеиновые кислоты, но может измерить концентрацию холестерина, глюкозы, отдельных аминокислот и множества других маленьких метаболитов в крови, всего двести разных веществ. И у финнов на счету уже порядка 300 статей о своей методике.

Третий конкурент «Тераноса» обещает измерять до 7000 белков в одном образце. Для этого они пользуются веществами, чем-то похожими на антитела. Это аптамеры — короткие цепочки ДНК, скрученные в разные сложные формы, каждая из которых распознает один конкретный белок. С помощью этих аптамеров можно выцепить нужные белки из крови. Потом отделить только те аптамеры, которые нашли свой белок, отмыть их от белков и померить концентрацию самих аптамеров. А это уже просто сделать с помощью гибридизации: есть микрочип, на котором заякорены нити ДНК, комплементарные аптамерам, и светятся только те, с которыми связался аптамер.

Но и такими успехами Элизабет Холмс, наверно, не была бы удовлетворена. Не все эти приборы могут обойтись одной каплей крови, и места занимают гораздо больше, чем обувная коробка. К тому же, ни один из них не умеет распознавать все возможные типы биохимических маркеров: одни специализируются на белках, другие — на малых метаболитах, а искать в крови все вместе никто не обещает. Да и времени на обработку уходит немало — например, финский прибор выдает результаты по 300 образцам в течение 6 недель.

«Теранос» навсегда

«Потемкинскую» суть стартапа Элизабет Холмс раскрыли не сразу. Поскольку ее приборы за все годы формально так и не вышли на рынок (все анализы делались в рамках испытаний), стартапу не нужно было лицензировать ни прибор, ни аналитический метод. А чтобы получить право работать с анализами, достаточно было предъявить лабораторию — в которой было предостаточно лицензированного медицинского оборудования от других компаний.

В 2012 году FDA заинтересовалась было стартапом, когда тот пытался заключить контракт с Министерством Обороны. Но проверка лаборатории ничего не показала — инспектору тоже предъявили только чужие приборы. «Теранос» неплохо делал вид, что все идет по плану. К тому же, у компании были влиятельные покровители, в том числе в Белом Доме. И история сошла на нет.

Поэтому серьезные проверки начались только после расследования Каррейру, в 2015 году. Первым делом FDA запретила использование «нанотейнера» — как медицинского устройства, «не прошедшего проверки и одобрения». Теперь «Теранос» не мог проводить анализы на своих приборах. Потом FDA запретила Холмс руководить лабораторией — даже с использованием коммерческих анализаторов.

В 2017 году вышла единственная научная публикация «Тераноса», посвященная работе «Минилаба». Она подтверждала, что прибор работает — но с использованием полноценной пробы крови, а еще он способен всего на несколько видов анализов, и делает только один за раз. А дальше на компанию посыпались судебные иски.

За год «Теранос» выплатил неустойки по своим несостоявшимся контрактам. А в 2018 году Элизабет Холмс и ее партнер по стартапу Рамеш Балвани получили обвинение от Комиссии по ценным бумагам и биржам. Всего их обвиняли в 12 эпизодах мошенничества. Из них Холмс признали виновной по четырем, а Балвани — по всем двенадцати. Каждое из которых сулит руководителям легендарного стартапа до 20 лет тюремного заключения. Оглашение приговора переносилось уже несколько раз и теперь ожидается в конце 2022 года или начале 2023-го.

Сколько лет ни отведет судья руководителям «Тераноса», можно быть уверенным, что к моменту их освобождения рынок лабораторных анализов пополнится новыми стартапами и приборами. Пандемия ковида их только подстегнула: многие компании получили одобрение регулятора именно на тесты на коронавирус и антитела к нему.

Но никто из них не ставит перед собой столь же амбициозных задач, как это делала Элизабет Холмс. Создатели новых приборов хорошо понимают, что чувствительность, компактность и универсальность — это как волк, коза и капуста: в лодку влезают только двое, и не всегда они совместимы друг с другом. Поэтому одни собирают прибор, который будет работать по капле крови, и он даже получается компактным — но не может считать много параметров разом. Другие учатся делать сотни анализов одновременно по капле крови — но их аппарат ни за что не уместится на столе.

Те, кто начинал одновременно с Элизабет Холмс, победили не потому, что проиграла она, а потому что не пытались добиться всего и сразу. Но сбросить ее со счетов им уже не удастся: каждый раз, они презентуют свои продукты инвесторам, им приходится доказывать, что они — не новый «Теранос».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Социальная депривация изменила структуру мозга воспитанников детских домов

Исследователи из Канады и США обнаружили, что социальная депривация в раннем возрасте изменяет корковые структуры у детей: у воспитанников детских домов и детей из приемных семей в 16 лет оказался меньше объем серого и белого вещества, причем параметры детей из приемных семей были ближе к детям из семей с биологическими родителями. Результаты рандомизированного контролируемого исследования с детьми из детских домов, приемных семей и биологических семей опубликованы в Science Advances.