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上午9时,2020年4月30日

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大学 威斯康星 - 麦迪逊

与个性化医学数据刷新

Ian Miller
伊恩·米勒(博士'18)是在生物分子化学的医学和公共卫生学皇冠体育网站(备用网站)部门浣熊研究组中的数据科学家。

明矾伊恩·米勒设计的“智能马桶”,以获取健康信息,从药物代谢锻炼

安德烈mongler

当伊恩·米勒(博士'18),在药店的皇冠体育网站-备用网站医学院的研究生,他持开放态度有关他未来的职业生涯。不过,可能性,他可能投入多年设计他从来没想到厕所。但事实证明,他在药房的求学经历让他在路径上做到这一点。

米勒和他的同事们都没有设计任何旧厕所。相反,他们正在开发一个 “智能马桶” 他们希望可以用于监控和改善健康状况。具体而言,上厕所会收集和分析尿液一样,里面包含了提供皇冠体育人的日常生活和他们的健康线索的代谢物。

“我们想用尿液代谢产物的丰度来了解健康和生活方式的非侵入性的和被动的方式,”米勒,谁现在是浣熊研究组中的数据科学家在皇冠体育网站(备用网站),在那里他与下属说:生物分子化学在医学和公共卫生学系。 “类似的方式,一个智能手表收集心脏率数据,我们使用尿正在构想了解日常代谢健康。”

最终,米勒和他的同事们希望他们的工作将有助于促进个性化医疗领域。这是一个很大的目标,但他们开始小 - 通过收集和分析自己的尿。

“如果我们的技术被广泛地适用于被动收集数据,我们可以在提供药剂师反馈实时远程如何如何迅速病人代谢的药物,这样的剂量可能会被更新或优化或药物治疗可以完全改变了。” -ian米勒

揭开你的代谢“指纹”

作为一个小规模的试点研究的一部分,去年,米勒和乔希浣熊,化学和生物分子化学在皇冠体育网站(备用网站)教授,收集自己的尿液中有10天的时间。在他们总共收集110个样品并利用技术称为气相色谱和质谱进行分析它们。

气相色谱法允许研究人员,使得它们包含的化合物可单独提供给质谱仪的复杂混合物中分离出来。质谱仪,反过来,识别化学结构构成这些化合物。

换句话说,它显示了研究人员的样本里面有什么。在米勒和浣熊的情况下,其尿液样本发现了很多皇冠体育他们的日常生活。他们能够识别连接到他们的咖啡和饮酒的生物标志物,例如,他们可以告诉时,他们会采取对乙酰氨基酚(如泰诺) - 这是医药学和个性化药物特别相关。

“与检测药物和药物代谢物在尿的能力,你可以根据一个人是如何迅速代谢的药物,这是有时很难单独从基因组序列数据来预测裁缝剂量,”米勒说。

米勒和浣熊也可用于可穿戴技术和智能手机应用程序来跟踪他们的心脏速率,步,消耗卡路里和睡眠模式的数量。他们整合这些数据与从尿液样本的代谢数据,这有助于提供一个人的健康更完整的快照。例如,有可能更好地理解咖啡因消耗如何通过测量代谢物的咖啡因在尿和整合与由可穿戴设备或移动应用收集的睡眠数据的数据影响睡眠。

此外,他们的分析显示,每个参与者的尿液样本差别明显。在发表的论文 性质 日志 NPJ数字医学 十一月2019年,研究人员指出,每个参与者有“明显的基线代谢指纹。”

这些“指纹”对预防疾病的影响。与许多疾病和病症的代谢物可在尿液中被识别,可能提供了机会,以防止他们。知道一个人的基础代谢指纹使这成为可能在一个高度个性化的水平。

“最常规的临床测量是一个罕见的基础上作出的 - 也许每年的定期检查的一部分 - 只检查了一些东西,比如血脂水平及空腹血糖水平,然后再针对整个人群相比,”米勒说。 “这将是更有意义,从一个人的底线,而不是比较来自人口平均经常采取的测量离散差异的偏差。”

“随着智能马桶,我们理论上可以监视和诊断的疾病多样化,但我们很可能将重点放在影响肾脏,肝脏和免疫功能疾病我们的努力。” -ian米勒

使用厕所处理样品

米勒和他的同事们的下一个步骤是从更多的参与者收集的数据 - 而其中智能马桶进来说的米勒可以证明,反复收集自己的尿液几天是有点的负担,所以预计一大群参与者这样做可靠是不是特别现实。

这就是为什么研究小组正在设计一个厕所,或有可能可以安装在传统的厕所设备,可以收集和分析尿液样本,这将需要负担过研究参与者。

“随着智能马桶,我们正在设计,人不会有根本改变自己的行为,”米勒说。 “他们会简单地使用厕所和往常一样,我们将有机会获得连续代谢健康数据。”

smart toilet illustration
此图显示了一个集成的“智能马桶”系统会如何作为监测健康状况的实时方法工作。而应用程序可能是多年了,原理的证明正在皇冠体育备用网站教授约书亚·库实验室开发的。信用:崇拜者(SOMI)黄禹锡,在生物分子化学的皇冠体育网站(备用网站)部门约书亚·库实验室

该计划是上厕所直接连接到便携式质谱仪。在厕所的尿液收集系统会送尿质谱仪,然后将分析的样品之前,他们冲洗如常。从分析数据将有可能通过智能手机应用程序访问。

研究小组计划安装在厕所校园的科研大楼和招募数十名参与者对这个较大的研究,以测试厕所。米勒说,他和他的同事们的目标是在五年内市场上的产品。

“随着智能马桶,我们理论上可以监视和诊断的疾病多样化,但我们很可能将重点放在影响肾脏,肝脏和免疫功能疾病我们的努力,”他说。 “从临床的角度看,这样的设备可能,因为他们是在肾脏和肝脏疾病的危险性增加是最直接相关的糖尿病患者。”

“博士。关已深刻地影响我想想科学问题和他们周围的各种数据的方式。” -ian米勒

制药链接

除了帮助计划的试点研究,米勒解释质谱数据,并与从可穿戴式设备和智能手机应用程序的数据整合它。他在药房的求学经历他准备在很多方面这项工作。

他先用质谱仪曾在药店的学校项目助理 分析仪器中心。并在实验室攻读博士学位期间项目 杰森关在学校的制药科学部助理教授,米勒获得了生物信息学,数据科学和编程经验。

“信息学和软件技能我收购了 钧实验室 在解释代谢数据的智能马桶的项目已经到了我非常宝贵,”米勒说。

他说,他是第一个研究生在关实验室工作和关锦鹏对他的影响依然存在。

“博士。关已深刻地影响我想想科学问题和他们周围的各种数据的方式,”米勒说。 “我很感谢他的技巧和见解,将永远塑造我的视野和专业的轨迹。”

米勒的医药背景和培训补充在智能马桶项目的技能他的合作研究者。跨学科的团队还包括化学家,生物学家,物理学家,工程师和生物信息学的。事实上,米勒说,这项工作 要求 一个跨学科的团队。

米勒和他的同事们希望,一旦他们完成建设 - 再测试 - 智能厕所,他们能适应技术在更大范围使用。米勒非常兴奋的这一潜在影响,包括医药科学领域。

“如果我们的技术被广泛地适用于被动收集数据,我们可以在提供药剂师反馈实时远程如何如何迅速病人代谢的药物,这样的剂量可能会被更新或优化或药物治疗可以完全改变,”他说。

只是 怎么样 广泛可用的技术最终可能是任何人的猜测。米勒说,他设想的智能马桶成为家庭浴室的一个共同的特点,使人们能够轻松地从自己舒适的家中监测他们的健康。

“我们仍在研究市场分析,所以我们去对市场战略将继续基于由潜在用户尝鲜反馈完善,”他说。 “但我们可以想象的是,最初,这种技术可能是特别感兴趣的使用可穿戴设备等智能手机应用程序来获得自己的健康定期数字读数的人。”

米勒还指出,这项技术能在疗养院,医院和运动设施来实现。

“我想通过一个厕所使卫生监督的想法,”他说。 “如果我们能成功地大规模实施这样的设备,我相信我们可以真正提高现代医疗保健。”

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