Государственный фонд фондов
Институт развития Российской Федерации

Media Review

Ни капли крови: как петербургский стартап Брейн Бит изобрел точный атравматический глюкометр

Согласно исследованию NATION, у 24% взрослого населения России — преддиабет, а у 5,4% — сахарный диабет второго типа, причем половина из них (54%) не догадывается о своем заболевании. В мире до сих пор не существует лекарств или терапии, способных излечить диабет. И ключевым фактором в борьбе со смертностью от этого эндокринного заболевания остается мониторинг уровня глюкозы и своевременного впрыскивания инсулина. Но ежедневные проколы кожи вызывают физический дискомфорт и риски инфицирования. Стартап «Брейн Бит» решил эту проблему, создав прототип неинвазивного глюкометра, определяющего уровень глюкозы при помощи простого касания пальцем. «Хайтек» поговорил с основателем компании Эдвардом Крыжановским, физиком из Петербурга, о том, как родилась идея атравматического глюкометра, когда он появится в продаже и сколько стоит разработка инновационного устройства в России.

«Брейн Бит» появился в 2014 году как стартап, работающий на стыке медицины и ИТ. Главным направлением компании стала разработка высокотехнологичных приборов, медицинских гаджетов и технологических решений, которые облегчат жизнь людям с хроническими или неизлечимыми заболеваниями. Когда и без того болезнь делает жизнь человека трудной и зависимой от доступности врача, определенных медикаментов или приборов, целью медицины становятся мобильность и избавление от ряда недостатков устройств прошлых поколений, таких как привязка к электрической сети или необходимость присутствия профессионального медика, инвазивный способ применения или невозможность использования гаджета в поездках.

Основатель и генеральный директор «Брейн Бита» Эдвард Крыжановский заинтересовался проблемой диабетиков после встречи с медиками на одном из совещаний по его текущей работе — на тот момент он занимался другими проектами на базе инфракрасной спектроскопии. От врачей Крыжановский услышал устрашающую статистику — в России насчитывается около 5 млн заболевших, а во всем мире почти 422 млн людей, страдающих диабетом. Более того, каждое двенадцатилетнее количество диабетиков удваивается. Ежегодно на планете от диабета умирают около 1,6 млн человек, а к 2030 году уже каждая седьмая смерть будет вызвана этим заболеванием. Жизнь диабетикам усложняет и способ контроля за состоянием их здоровья. Чтобы проверить уровень глюкозы в крови, приходится каждый раз прокалывать кожу, что вызывает не только физический дискомфорт, но и опасность инфицирования, а в связи с этим и ограниченность в использовании: вряд ли стоит прокалывать немытый палец на улице.

Крыжановский решил, что разработка неинвазивного прибора для диабетиков может стать отличным примером того, как физика помогает медицине. Эдвард закончил Большой университет в Петербурге по направлению «Физика элементарных частиц». И еще с момента окончания обучения мечтал продолжить дело Эйнштейна: найти единое начало между фундаментальными взаимодействиями физического мира. Аналогичными исследованиями занимались великие ученые, в том числе и Стивен Хокинг, однако практическая реализация этих теорий — дело далекого будущего. Тогда как решение глобальных проблем, связанных со здоровьем человека, требует практических и конкретных шагов уже сейчас. Эдвард решил, что собственный высокотехнологичный бизнес — оптимальный способ применения своих знаний и опыта. В первую команду «Брейн Бита» вошли несколько ведущих врачей, программистов и инженеров, с большинством из которых Эдвард познакомился еще в годы учебы в СПбГУ. Так появился стартап по созданию неинвазивного и атравматического глюкометра.

На грани физики и биологии

Еще во время учебы в аспирантуре Эдвард выбрал для своей научной деятельности биофизику. По его словам, это направление позволяет увидеть реальные результаты научных разработок.

В конце 90-х годов Крыжановский разработал технологию, умеющую различать синтетические и природные эфирные масла. Метод до сих пор используется в подразделении компании Estée Lauder, специализирующемся на производстве натуральной косметики. Эдварда как перспективного ученого пригласили на стажировку в Миннесоту, США. Но после трехмесячной практики, невзирая на блестящие американские перспективы, Эдвард вернулся в Россию, так как хотел развивать именно отечественную науку.

В 2003 году Крыжановский защитил диссертацию, а спустя четыре года вместе со своим другом, тоже выпускником физфака СПбГУ Арменом Григоряном, основал компанию Bioenergy Technologies, которая занималась разработкой комплексов для обучения людей контролю над собственными эмоциями и психическим состоянием. Программно-аппаратное устройство, разработанное Крыжановским и Григоряном, моделировало игровую ситуацию, а испытуемый управлял фигуркой на экране, не применяя мышь, клавиатуру или иное физическое устройство. Воздействие на персонаж осуществлялось только благодаря изменениям в сознании.

Крыжановский отвечал за концепцию, математические модели, вычислял алгоритмы, а Григорян писал программные коды и разрабатывал софт. В проекте были задействованы врачи, инженеры и дизайнеры. Одна из методик — нейроинтерфейс на базе ИК-спектроскопии сегодня используется в Институте мозга РАН. Кроме того, инфракрасная спектроскопия — единственный безоперационный способ определить состояние головного мозга в ходе наблюдения за динамикой уровня кислорода в сосудах. Стоимость аппарата в сотни раз ниже, чем установки для МРТ, а спектр решаемых задач сопоставим.

Инфракрасная спектроскопия для диагностики рака

В медицине инфракрасная спектроскопия используется как инструмент изучения биохимии тканей. ИК-спектроскопия, в частности, чувствительна к структуре и концентрации макромолекул (белков, ДНК) и гораздо менее применима для обнаружения небольших молекул, которые находятся в клетках в низкой концентрации. Изменения в ИК-спектрах биологических материалов свидетельствуют о патологиях, связанных с нарушением биохимического состава образца. Например, раковые изменения часто связаны с присутствием нескольких ядер в клетке. Соответственно, инфракрасная спектроскопия показывает диагностические изменения, связанные с усилением поглощения нуклеиновых кислот.

Сбор и интерпретация данных возможны либо классическим методом (изучение интенсивности характеристических полос поглощения по спектрам), либо путем построения пространственных карт интенсивности частот. В последнем случае используется инфракрасный микроскоп, позволяющий снимать спектры последовательно из заданных точек образца, а затем отображать результат в виде трехмерного графика.

Преимуществом такого метода исследования является универсальность прибора: для изучения широкого спектра нарушений в различных тканях не требуется серьезной перестройки конфигурации или использования специальных детекторов и реагентов.

Почти за 12 лет работы команда Крыжановского из десяти человек разработала шесть медицинских устройств, которые используются более чем в 30 странах, а из 2 тыс. клиентов около 50% — это зарубежные клиники. Средства от продажи технологий позволили компании заниматься наукой и новыми разработками без сторонних инвестиций на начальных этапах.

Усовершенствованный прибор управления эмоциями теперь существует в форме гаджета, доступного широким массам. Сам ученый утверждает: научившись управлять эмоциями, человек в стрессовой ситуации способен перейти в расслабленное состояние, не позволив стрессу нарушить работу организма. Осознанное переключение фаз активности мозга позволяет высыпаться гораздо быстрее.

Физика в эндокринологии

Методов лечения диабета сегодня не существует, врачи лишь дают рекомендации по питанию и назначают препараты для снижения уровня глюкозы крови. Второй тип диабета не требует уколов инсулина, тогда как контроль над заболеванием первого типа осуществляется подкожным впрыскиванием инсулина. Дозировка препарата определяется, исходя из показателей сахара крови. Измерить уровень глюкозы до недавнего времени можно было только инвазивным методом: проколоть кожу, нанести кровь на тест-полоску, получить показания глюкометра. Диабет первого типа требует контроля уровня сахара несколько раз в сутки.

Инвазивный метод определения уровня сахара создает физический дискомфорт: болевые ощущения и огрубение подушечки пальцев. Высока вероятность инфицирования. Детям, страдающим диабетом, психологически сложно смириться с необходимостью постоянно испытывать боль от уколов.

Разработка неинвазивного глюкометра ведется десятилетиями, но впечатляющих успехов так и не было достигнуто. А в СМИ и вовсе появляются публикации, что неинвазивные устройства — всего лишь миф и «развод» на деньги. В России поиском методики занято около десяти коллективов ученых. Для решения этой амбициозной научной задачи Крыжановский в 2014 году создал стартап «Брейн Бит». Сейчас в компании трудится 11 человек. Изначально ученые-биофизики, трудившиеся над устройством, и вовсе работали в домашних условиях.

От Чили до Японии

Изучив работы предшественников и проанализировав их ошибки, группа ученых «Брейн Бита» взяла за основу принципы оптической спектроскопии, продолжив исследования, которые вел Крыжановский ранее. Выбор был продиктован наличием опыта в этой отрасли науки и возможностью охвата вариативности компонентов качественного состава кожи и крови. В ходе экспериментов была выявлена зависимость точности измерений от количества пигмента меланина, отвечающего за цвет кожи.

«Максимум поглощения света у глюкозы и воды близки, 940 и 960 нанометров, и эта физическая особенность тормозила создание неинвазивного прибора у предыдущих разработчиков. Наша команда смогла вычислить нелинейную формулу поглощения света, что и стало серьезным прорывом в исследованиях», — объясняет Эдвард.

Новизна методики состоит в способе замера количества глюкозы в крови. Показатель рассчитывается, исходя из информации, полученной при замере поглощения глюкозой излучения в оптическом диапазоне спектра. Измерения производятся одновременно в трех диапазонах. При работе прибора информация с фотосенсоров снимается с частотой до нескольких десятков измерений в секунду и фильтруется на диапазонах поглощения воды. В конструкции устройства применяются кастомные светодиоды.

«Глюкометр, разработанный нашей командой, можно использовать не только как самостоятельный прибор, но и передавать с него данные на другие устройства. За счет соединения по Bluetooth или USB информация о состоянии здоровья может поступать на персональный компьютер, планшет или смартфон, — рассказывает Эдвард. — Функционал устройства будет включать в себя возможность отправлять в автоматическом режиме результаты анализа онлайн. Глюкометр через заданные интервалы времени может производить замеры и отправлять данные лечащему врачу. В случае отклонения концентрации глюкозы от нормы пациент будет оперативно получать рекомендации».

Уже к концу 2014 года на собственные средства компания «Брейн Бит» создала первый прототип прибора. На его разработку было потрачено около 500 тыс. рублей. Испытания первого прибора проводились в Петербурге и Пуэрто-Рико. Выбор площадок для испытаний продиктован необходимостью диагностики людей разных рас с разным цветом кожи. Особое внимание к глюкометру «Брейн Бита» уделили в Аргентине и Чили, где проблема диабета стоит особенно остро.

«Страны-рекордсмены по заболеваемостью диабетом: США, Индия, Индонезия и страны Латинской Америки, — рассказывает Эдвард. — Именно поэтому мы представили прибор в Чили и Аргентине. Эти государства создали программу поддержки больных, безвозмездно выделяя им глюкометры и тест-полоски к ним. Медицинское сообщество этих стран проявило большую заинтересованность в методике «Брейн Бит».

Ключевая формула пиков поглощения света, используемая в глюкометре, запатентована в России, подана заявка в аналогичную международную структуру PCT. Сейчас происходит перевод патента на национальные фазы в 16 стран.Точность измерения составляет 15%, это сопоставимо с погрешностью традиционных глюкометров. В определении экстремально высокого уровня глюкозы точность прибора ниже на 3%.

Дальнейшее усовершенствование требовало средств, поэтому ученые приняли участие в акселераторе. Помощь ментора GenerationS Олега Мальсагова позволила группе Крыжановского смоделировать финансовую составляющую проекта и разработать бизнес-план. Проектом «Брейн Бит» заинтересовались ИНВИТРО и признанный лидер производства традиционных анализаторов сахара крови Johnson&Johnson.

Средства от первого инвестиционного транша потрачены на усовершенствование методики: оптимизировано положение пальца на анализирующем устройстве, расширен рабочий диапазон прибора. Во второй половине 2016 года потребовалось привлечение очередных инвестиций для разработки калибровочного модуля и синхронизации прибора с мобильными устройствами.

В 2018 году Фонд «Сколково» инициировал участие стартапа в международном конкурсе инноваций азиатского региона. Мероприятие в седьмой раз проводится в пригороде Токио, где один из японских девелоперов строит умное городское пространство. 20 участников конкурса показали работы в области искусственного интеллекта и передовых медицинских приборов.

«Брейн Бит» занял в конкурсе второе место, получил признание, что они двигаются в правильном направлении, а атравматический глюкометр — важный для человечества прибор. Отстав от победителя на сотые доли рейтинга, члены команды «Брейн Бита» получили денежный приз 300 тыс. рублей и три бесплатных рабочих места в Токийском коворкинге сроком на два года.

Демонстрация глюкометра перед японскими корпорациями, по словам Крыжановского, вызвала заинтересованность среди японских разработчиков медицинских гаджетов. Партнерские отношения с японскими производителями медтехники, как считает основатель стартапа, позволят неинвазивному глюкометру выйти на азиатский рынок.

В британском Кембридже «Брейн Бит» представил свой глюкометр на международном форуме, прошедшем в конце 2018 года. Команда отправилась туда, будучи победителем конкурса, проведенным совместно Фондом «Сколково» и AstraZeneca — вместе с пятью остальными призерами Startup Challenge 2018 и председателем Фонда «Сколково» Аркадием Дворковичем.

В начале клинических испытаний

В первом квартале 2018 года «Брейн Бит» подал документы на сертификацию неинвазивного глюкометра в Росздравнадзор. Многоэтапный процесс сертификации медицинских приборов занимает год-полтора и включает в себя согласование техусловий, разработку файла менеджмента рисков, составление актов испытаний и руководства пользователей. На следующем этапе проводятся токсикологические и технические испытания. Финишная прямая — получение разрешения на клинические испытания в условиях медицинских учреждений, то есть на тестирования на людях. После изучения протоколов испытаний в случае необходимости дорабатывается документация, адресованная производителю. Успешно пройденное тестирование дает право на получение регистрационного удостоверения. Это значит, что прибор рекомендован для серийного производства.

С получением патента в нашей стране сложностей не возникло. Для получения патента в зарубежных странах потребовалась больше денежных средств и времени. В целом перевод патента обошелся более 2 млн рублей.

Эдвард Крыжановский не планирует производить атравматический глюкометр силами своей компании. Передача лицензии производителям медтехники ускорит выход прибора на рынок и снизит расходы на его изготовление.

Прибор серийного производства будет представлять собой оптический сенсор весом 180 г с возможностью как автономной работы, так и коммуникации с компьютерами и мобильными устройствами путем передачи данных по Bluetooth или USB. Точность измерений не зависит от индивидуальных свойств кожи пациентов. По словам разработчиков, никаких побочных эффектов от применения прибора выявлено не будет. Точная стоимость неинвазивного глюкометра пока не установлена. По словам Крыжановского, она будет лежать в пределах 20 тыс. рублей, а первые приборы появятся в продаже уже к концу 2019 года, после сертификации в Росздравнадзоре.

«В начале 2019 года получены серийные сенсоры, произведенные в Китае и России. Сейчас они тестируются. В ходе испытаний оптимизируется формула, — дополняет Эдвард Крыжановский. — Как только будут получены результаты, приближенные к полученным на прототипе, глюкометр будет запущен в серию».

Доступность и безболезненность неинвазивных глюкометров сделают первоначальную самодиагностику диабета безопасной и комфортной.

Говоря о перспективах «Брейн Бита», Эдвард Крыжановский отмечает:

«Наработок у нас еще на десять новых проектов, но о продвижении говорить пока рано. Это будет оправданно после того, как текущие разработки займут свое место на рынке, либо после продажи лицензии».

Автор: Кристина Рудич


Место проведения: