Математика, медицина и мотоциклети: Ерик Шад поема бързата лента

2023 Автор: Agatha Gilson | [email protected]. Последно модифициран: 2023-08-25 04:57

Забележка на редактора: В това интервю за Medscape един на един, д-р Ерик Топол говори с докторантката на Института Икан Ерик Шадт за това как той превръща математиката в медицина и как се надява да ускори клиничните изследвания и търсенето на лекове като той се спуска по сноуборди и супермотори.

Започване надолу по математически път

Ерик Дж. Топол, д-р: Здравейте. Аз съм Ерик Топол, главен редактор на Medscape. Имам Ерик Шадт със себе си за интервю от Medscape един на един. Ерик е директор на Иканския институт за геномика и многомащабна биология в планината Синай в Ню Йорк.

Ерик, имаш забележителен опит в математиката. Как преминавате от математиката към това, което правите сега?

Ерик Е. Шадт, доктор: Започнах от чистата математика, която пробива дълбоко в математиката в името на математиката. Това е толкова откъснато, колкото можете да си представите от приложната математика. Но след като постигнах кандидатура за докторска степен по чиста математика (изучавах компютърни науки и прилагах математика като студент), започнах да мисля повече за това как може да се приложи математиката. Чувах много за последователността на човешкия геном и други технологии, които идват в биологията, които може да изискват по-количествен математически подход. Започнах да ходя на семинари за това къде се е насочила биологията и ме ухапа грешката от „Да разберем живите системи на по-дълбоко ниво“и след това направих скока от чистата математика в приложна математическа програма по биология.

Д-р Топол: Какво е нечистата математика?

Д-р Шадт: Математиката сама по себе си е доста красива дисциплина и видовете взаимоотношения, които можете да изследвате по начин, управляван от логиката, не е задължително да се свързват лесно с физическото пространство. Нечистата математика е как приемаме това, което знаем за математиката и го прилагаме при реални физически проблеми. Завих този ъгъл и сега мисля, че може би никога не бих бил един от най-големите чисти математици. Но мога да бъда по-приложен математик и да взема този ум и да го прилагам в реалния свят.

Д-р Топол: Това има много смисъл. Ерик Ландър също има опит в математиката. Така няколко забелязани хора в геномиката са преминали по този път.

Д-р Шадт: Наистина. Всъщност моят съветник, Кен Ланг, беше чисто математика и беше в тази вълна с Ерик Ландър и [Робърт] Елстън.

Свързване на Академията и индустрията

Д-р Топол: Интересна връзка. Говорейки за връзки, вие сте имали много интересен произход. Правихте известно време в стартъп, наречен Rosetta Inpharmatics [който беше придобит от Merck] и в Pacific Biosciences. Вие сте поели по необичайния път да преминете от академичните среди до стартъпите в науката за живота и след това да се върнете в академичните среди. Какво е да живеем от двете страни на преживяването?

Д-р Schadt: След моята докторска програма привличането към компания като Roche [където Schadt беше старши изследовател] и след това в крайна сметка стартиращата компания Rosetta беше фокусът в мащаба на ресурсите за справяне с нова област на биологията - тази висока -измерен, многомащабен изглед, с технологии, които биха могли да разгледат цялата система и всички гени наведнъж, и парите, необходими за този фокус. Тогава общността на биологията не беше непременно продадена там, където тази технология върви. Националният институт по здравеопазване (NIH) в този момент не финансираше широкомащабно тези технологии, защото те бяха недоказани. Промишлеността беше авеню, тъй като залагаха много на тази технология и изхвърляха сериозни суми пари.

Така че аз влязох в него, просто исках достъп до технологията и да я прилагам в реалната биология и това беше успешно. Постигнахме доста добър успех в показването на това как можем да използваме технологията Affymetrix GeneChip®, за да разберем по-добре такива заболявания като астма и сърдечно-съдови заболявания. Това, което научих в Roche, беше, че тук има линия на разделението на академичната индустрия и не много хора искат да се движат по тази линия. Но ако успеете да овладеете ездата, това е добро съществуване - добър начин да се възползвате от това, което една компания може да предложи и от това, което академичната институция може да предложи. Можете да сведете до минимум слабостите и на двете, като увеличите максимално силните страни и на двете. Научих се през кариерата си как да играя тази игра и ми стана комфортно да живея в тази сива зона.

Д-р Топол: Не е много често. Изглежда, че сте се справили наистина добре.

Д-р Schadt: Не знам, че имам някакви специални умения. Когато бях в Roche и Rosetta, не беше просто необходимостта да отговарям на нуждите на компания, особено на стартъп. Както знаете, това са интензивни усилия. Но трябваше да запазя академичната си идентичност, като публикувах документи и участвах в академични изследвания, които биха довели до публикации в мащаб, който ще бъде уважаван от академичната общност. Така че беше малко по-трудно, отколкото ако живеехте в който и да е свят независимо. Според моя опит си заслужаваше усилията заради възможността да спечеля предимствата на всеки. Имах апетит и от двете страни да размие тази линия.

Животът в бързата лента

Д-р Топол: Това е само един аспект от необичайния път, който сте поели. Друго, което ми е интересно е, че преди дори да завършите гимназия, влязохте във ВВС.

Д-р Шадт: Голямото ми бягство от селския Мичиган премина във военните. Имах много енергия и исках да опозная света. Не бях от богат произход. Обеднях, така че това беше авеню да изляза в реалния свят и да започна да изследвам какво може да бъде. Беше много физически. Влязох в парашутната програма на ВВС, която е много елитна физическа програма. Бях ранен по време на тренировката; това изми моята военна кариера и доведе до излагането ми на академичната страна.

Д-р Топол: Имали сте няколко произшествия. По-рано тази година бяхте в инцидент на сноуборд.

Д-р Schadt: Опитвам се да поддържам някаква физическа активност. [Бях със синовете си] на едни големи хълмове, вървеше изключително бързо в ден, когато условията не бяха идеални. Хванах малко въздух и имах лошо кацане. Ударих се наистина силно - счупих ключицата си на пет места, както и на четири ребра, и имах свит бял дроб и сътресение. Единственото, за което можех да се сетя, беше травматично мозъчно нараняване и се надявах да не се поддам на такъв вид увреждане.

Д-р Топол: Но, като те познавам, това няма да те задържи от бързината.

Д-р Schadt: Не. Всъщност [моите синове и аз] ще отидем на New York Safety Track в щата Ню Йорк този уикенд на моето BMW S1000RR, опитвайки се да изминем 200+ мили в час по пистата с мотор.

Д-р Топол: Значи имате истинска нужда от това.

Д-р Шадт: Скоростта е пристрастяваща. Когато мисля за научните проблеми и решавам много тежки проблеми, това ме консумира. Сноубордът и карането на супер велосипеди е един от малкото начини, които трябва да се откача напълно. Вашето оцеляване зависи от фокусирането ви. Това е едно от малкото неща, които мога да направя, което ми позволява да настройвам всичко останало.

Д-р Топол: Това, че сте имали инциденти, не ви сдържа?

Д-р Шадт: Това не ме сдържа. Но като остаря, не искам да имам катастрофална контузия, която да ме изтощава до края на живота ми.

Д-р Топол: Има ли по-безопасни начини да постигнете адреналин, освен да изминете 200+ мили в час?

Д-р Шадт: Не, но затова го правим по безопасния път в Ню Йорк, а не на открития път.

Мислене твърде дълбоко, за да вземете дрехи

Д-р Топол: Имате също така подчертан, емблематичен вид: Дори по средата на зимата може да бъдете забелязани да носите товарни шорти. Какво става с това?

Д-р Шадт: Това може да е пренос на военните. Не ми хареса много за военните, но единственото, което беше лесно, беше роклята, защото беше униформа. Не е нужно да мислите какво ще носите всеки ден. Когато се измъкнах от военните и се впуснах в чиста математика, това ме накара толкова дълбоко да определям колко съм умен и дали мога да реша тези наистина тежки проблеми. Това предизвика трансформация в съзнанието ми за това колко дълбоко и колко трудно мога да мисля и исках да настройвам всичко останало. Не исках да мисля да гледам в килера и да решавам какво да облека или какъв цвят искам да бъде ризата. То бавно се превърна в завършване на училище и носенето на тениски и шорти всеки ден.

Д-р Топол: Надградихте.

Д-р Schadt: Аз надградих (до поло ризи), след като влязох в комерсиалния свят, защото те не харесваха тениските. Но се залепи. Това е лесно. Това е нискоенергийно. Не е нужно да мисля за това и с времето хората си мислеха, че е нещо готино. Не че се приравнявам със Стив Джобс или Марк Зукърбърг, но изглежда има тази тема, на която някои хора се радват, че не им се налага да мислят за това, което носят.

Измамени на Източното крайбрежие

Д-р Топол: Когато бяхте вербуван в института в Икан, срещнахте ли се с Карл Икан? Как бяхте примамени тук?

Д-р Шад: Източното крайбрежие не беше моето първо място за живеене. Седях в слънчев Пало Алто, Калифорния, с Тихоокеанските бионауки и наистина се наслаждавах на технологията на трансформация, която правех там. Те ми оказаха голяма подкрепа, като ми позволиха да изградя изследователска програма извън Pacific Biosciences, за да използвам технологията и да решавам големи проблеми на болестта. Всъщност аз се опитвах да направя в Пало Алто това, което правя тук: да сформирам институт в сътрудничество с Pacific Biosciences и да създам този център за големи анализи на данни и да го прикача към училище като Станфорд или Калифорнийския университет. Сан Франциско. Опитахме се да съберем необходимите пари - имахме нужда от порядъка на 100 милиона долара, за да изградим подобни неща и да наемем правилния тип хора - но това беше по време на голямата рецесия.

Д-р Топол: Беше доста труден момент да се направи това.

Д-р Schadt: Тъй като имахме проблеми с набирането на такива пари в района на залива, аз хвърлих мрежата си допълнително. Натъкнах се на Карл Икан на връх Синай и те искаха да направят такъв вид инвестиция. Първоначално се опитах да ги убедя, че би било готино да има институт Маунт Синай в Пало Алто.

Д-р Топол: Не бихте могли да извършите продажбата на този?

Д-р Schadt: Не можах да направя продажбата. Все още не исках да се преместя на Източното крайбрежие, но най-накрая направих посещение на връх Синай и останах невероятно впечатлен - не само от Карл Икан, готов да направи голяма инвестиция, но и с ръководството на връх Синай. Те взеха много далечен поглед къде отива медицината, тази информация ще бъде крал и какво трябва да направим, за да станем конкурентоспособни и да оцелеем след 5-10 години.

Мислеха прогресивно и това ме убеди, че това е мястото, където може да се случи видът, който имах.

Д-р Топол: Това е страхотно. Вие сте наели много интересни хора извън медицината, като [учен с данни] Джеф Хамербахер, бивш от Facebook. Имате различна идея как да изградите нещо подобно - изобщо не по традиционния начин.

Д-р Шадт: Проблемът е как да се използва дигиталната вселена на информацията, за да се изграждат по-предсказуеми модели; да насочва към пациентите на планината Синай, докато влизат през вратите на медицинския център, и да диагностицира и лекува - или дори предотвратява - заболяване при тези хора. Това не е класическият лекар или класическият изследовател по биология; това е човек, който мисли за мащабни данни, информация, машинно обучение и задълбочено обучение. Доведох Джеф Хамербахер, който е доста невероятен човек. Той беше главният учен по данни във Facebook и след това създаде Cloudera, което постигна невероятен успех в привеждането на изчисления в стил Hadoop® на масите. Трябва да можем да изградим тази архитектура в Интернет в медицински условия с увеличаване на мащаба на данните и след това да имаме всички правилни аналитични умове върху данните, за да изградим моделите, които могат да бъдат преведени по-клинично.

Не е достатъчно умните моделиери да изградят сложния модел. Трябва ви начин да го преведете, за да го получите в ръцете на лекарите, да го получите в ръцете на потребителите - пациентите - и да им дадете по-добро разбиране за това, което може да се случва в системата. През последните 3 години сме изградили и наели най-малко 250 души. Беше доста лудо да се движим в такъв мащаб.

Д-р Топол: Това е добре за безработицата тук, в Ню Йорк.

Д-р Schadt: Добре е за икономиката и създаването на работни места, но вероятно половината от тях е насочена към анализиране на големи данни и прогнозно моделиране.

Апетит за големи данни

Д-р Топол: Вие взехте големи данни към мобилната медицина при скорошното си създаване на приложение за астма с Apple. Наскоро бяхте на световната конференция за разработчици. Имахте ли идея, че ще попаднете и в целия свят на мобилните устройства?

Д-р Schadt: Не знам, че първоначално се ориентирах в тази посока. Винаги сме гледали на болестта като на по-цялостен проблем. Трябва да привличаме колкото се може повече измерения и да ги интегрираме, за да изградим тези модели фенотипове. Да видите вида работа, която шофирахте с безжични устройства, и да видите революцията, която ще позволи изцяло нов мащаб на фенотипизиране на индивиди - не само в снимки, например, когато отивате в лекарския кабинет, но надлъжно във времето - това беше много естествено да искаме да скочим върху тази лента и да я използваме като друг път, за да създадем по-мащабни фенотипни данни, събрани надлъжно, които да можем да интегрираме с молекулярните данни.

Д-р Топол: Това е фантастично. Вие правите революция в медицинските изследвания. Това е съвсем нов начин за събиране на данни. Може ли някога да погълнете достатъчно данни? Апетитът ви за данни толкова голям ли е?

Д-р Шадт: Той е сред толкова големи, колкото се получава, и това е разочарование за мнозина, защото ние никога не искаме да приемем сваленото надолу - дори и при хората с изображения - където искаме да започнем да интегрираме изображенията с молекулярните данни. Не искахме да приемем основните намаления на компонентите, които биха направили, за да измислят основни вектори за интерпретация на информация за структурни характеристики в мозъка. Искахме нивото на воксел или пиксел да започне от нулата. Донякъде е естествено да искаш да работиш на най-ниското ниво и след това да работиш до най-високото ниво.

Въпреки че, мисля, че в крайна сметка ще се сблъскаме с технологичните граници, тъй като едноклетъчното секвениране влиза в игра и започваме по-рутинно секвениране на цели геноми. Вашият геном няма да бъде секвениран веднъж; тя ще бъде секвенирана няколко пъти седмично, за да се следи какво се случва във вашата система. На това ниво данните ще бъдат твърде обширни и ще струват твърде много пари за съхранение, така че ще трябва да мислим как да станем по-умни и да намалим тази размерност. Започвам да виждам границите, поне.

Д-р Топол: Ние със сигурност сме били големи в съхраняването на данни и ни хрумва да ги обработваме и да правим онова, което се отчита от тях. Друго нещо, което сте били големи - знам, че сте работили много със Стивън приятел - е движението за отворени данни и отворена наука, и мисля, че това е част от тази тема. Каква е вашата философия в това отношение?

Д-р Schadt: Това произтича от фармацевтичния опит, който Стивън и аз имахме. Бяхме част от стартъп, Rosetta Inpharmatics, който Стивън основа. Аз бях главен учен и бяхме придобити от Merck, което беше доста забавно в началото, тъй като имахме 5-годишен цикъл, през който те инвестираха много и работехме в технологии и големи групи болести, опитвайки се да разберем биологията на заболяване. Но проблемът беше в това, че искаха да съхранят тази информация; те не искаха да го споделят широко. Те не искаха да видят моделите, които изграждахме широко. Те искаха да запазят конкурентно предимство с данните и това, което Стивън и аз мислехме през цялото време е, че трябва да се стремим да направим биологията по-конкурентна във фармацевтичното пространство, защото това ще помогне на всички. Ще бъде от полза за фармацевтичната индустрия, като направи по-добри залози, защото те биха имали по-добри модели, които са усъвършенствани от общностите. Ще бъде от полза на общностите да имат достъп до повече информация за изграждане на по-добри модели.

Sage Bionetworks [основана от Friend and Schadt] се роди от желанието да се направи конкурентоспособна биологията и да се предлагат платформи, които да дават възможност за широко споделяне на данни, с подходящи правила и стимули, които да накарат хората да искат да участват в това. Ако искаме да изведем биологията и медицината на следващото ниво, да стигнем до мястото, където се намират във физиката, климатологията или количествените финанси, където моделите управляват деня и където знанията и разбирането са организирани в тези модели, ние като биолози и медицински изследователи трябва да бъде домакин на тези модели по отворен начин, който дава възможност на всеки да се хвърли върху тях, да оцени тяхната ефективност, да се конкурира един срещу друг и да ги усъвършенства и развие по динамични, адаптивни начини. Това трябва да се случи или ние не постигаме цялата визия за прецизната медицина и влиянието, което тези данни могат да имат върху реалния живот.

Продаване на вашите идеи

Д-р Топол: Това е много важно. Това, което правите с другите, за да ръководите цялото това движение, е фантастично. Последното нещо, което искам да обсъдя, е колко необичайно е момчетата за данни (което означава, че по най-привързания начин) да могат да се свързват с медиите и да разказват историята си на непрофесионалната общественост. Правиш това от известно време и много добре се справяш. Спомням си, че видях страхотна история в Esquire. ^[1] Това беше профил за това как ще се качите на самолети и ще се свържете със суперкомпютрите и ще правите всякакви анализи. Все още ли правиш това? Кажете ни какъв е този опит и дали смятате, че това също е важно да се опитате да напреднете в областта.

Д-р Schadt: Това, което научих по пътя на компанията, е, че продажбата на вашите идеи, продажбата там, където искате да отидете на хората, които контролират конците на портмонето, е наистина критично. Компания като Merck, например, всъщност не е създадена да мисли за биологията на системите и математическото моделиране и всичко това, и за да ги продадем по идеята, трябваше да я свалим и опростим, да измислим определени визуализации и анимации и така нататък, за да помогнете да предадете много сложен материал на хора, които не го получиха съвсем. Ако го получат, това ще ви даде възможност. Има много екологичен контекст, който предизвика желанието да се направи това.

Тихоокеанските бионауки втвърдиха това. Стивън Търнър, който основава компанията, е едно от най-блестящите момчета, които съм срещал през живота си. Той ме научи на много, включително на важността да мисля по-визуално при общуването на сложен материал чрез визуализации и сложни анимации. Винаги съм виждал това като важно. Ако отидете в медиите, продавате това, което правите по-широко. Всички сме финансирани чрез правителствени изследвания и зависим от хората, които се доверяват на вида на изследванията, които провеждаме и участваме в тях. В крайна сметка те са тези, които обслужваме в медицинските центрове. Затова трябва да поемем сериозно ролята на това как да обучаваме и излагаме случващото се, за да помогнем на хората да разберат къде върви всичко, какви са технологиите, потенциала на тези технологии, ако се прилагат по подходящ начин и какво е необходимо, за да стигнем до точка, в която те могат да бъдат приложени по подходящ начин. Винаги беше мисълта, че ако можем да продадем това по-общо, ще имаме по-добра система.

Съвети за следващото биомедицинско поколение

Д-р Топол: Накрая, има много млади хора в биомедицината и те се опитват да разберат какво ще правят в кариерата си. Какъв съвет имате за тях?

Д-р Шадт: Съветът ми има няколко реда. Ако все още сте в училище, вземете колкото може повече количествени разсъждения и изчисления. Цялата биология и медицина се насочва по-чисто към информационно базирана наука. Ако искате да бъдете господар в тази вселена, трябва да знаете как да мислите статистически, как да подходите към проблемите изчислително и да разберете как големите данни се съхраняват и имат достъп. Не е нужно да сте задълбочен експерт, но запознаването с различните групи и какви роли те играят ви позволява да управлявате по-добре и да формирате правилните екипи.

Другият [съвет] е относно разделението между бизнеса и академията. Влезте в него, като искате да разрешите най-големите, най-трудни проблеми и не се ограничавайте от това, откъдето смятате, че ресурсите трябва да идват. Не мислете, че трябва да поддържате тази чиста идея, че тя трябва да бъде на академична сцена, финансирана от NIH.

Сега има голям апетит, особено при по-стабилно финансиране от NIH, да си партнирате с компании, които могат да осигурят много ресурси, а вие трябва да изработите условията и начина, по който интелектуалната собственост ще работи. Всичко това е важно, но не се отклонявайте от него; прегърнете го и се заемете с мисията за решаване на важните проблеми. Оказвайте такова въздействие и ако искате да имате по-голямо въздействие, това ще зависи от това как можете да свържете точките - не само в рамките на вашия академичен център, но в рамките на компании и технологични центрове.

Формирайте всички сътрудничества с различни производители на устройства (например Apple, Google); тези момчета ще бъдат силите и ще играят много влиятелни роли в бъдещето на медицината. Как можем да свържем всичко това, изисква нов начин на мислене за академичното съществуване да бъде по-свързано.

Д-р Топол: Прав сте на прицел относно получаване на данни. Някои от тези големи технологични титани сега са в медицината повече от всякога.

Ерик, много благодаря за това, че оставихте аудиторията на Medscape да научи за вашата философия. Той е единствен по рода си и вие сте един от най-интересните хора в медицината днес.