存有超过2PB肿瘤基因组数据的GDC将于2015年开始运行

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12月2日,芝加哥大学跟美国国家癌症研究中心联合宣布启动用于存储肿瘤基因组数据的Genomics Data Commons项目(简称GDC),项目负责人是芝加哥大学的Robert Grossman教授。

 

众所周知,NCI资助了大量的肿瘤研究项目,比如TCGA。这些项目累计完成了超过一万个病人的基因组测序工作,但这些数据都散落在各地。NCI觉得应该把这些数据攒在一起,发挥更大的作用。根据GDC项目的Q&A,这些数据总共有大约2.2PB。GDC未来每年会增加1PB的存储以应对NCI的新项目。

 

新闻稿里面专门说明:“GDC所使用的存储和分析技术跟Google和Facebook等公司使用的技术很相似”。相似到什么程度?NoSQL?HDFS?Spark?还是Spanner?不得而知。

 

Grossman在生物云计算耕耘很久了。他领导了

Open Science Data Cloud项目(https://www.opensciencedatacloud.org/)。通过芝加哥大学内部的合作开发了The Bionimbus Protected Data Cloud,这是唯一一个由NIH资助的用于存储TCGA项目数据的云计算平台。

 

感觉NCI已经是科研主管机构中在云计算方面最激进的组织了。刚刚给ISB、Broad和SBG发了1900多万美元用于建设癌症云计算平台,现在又启动了用于存储数据的GDC。

 

NCI似乎已经把数据存储和数据分析拆成了两个部分。两个部分之间的接口会如何设计?GA4GH的Genomics API会得到NCI这些项目的支持吗?ISB、Broad和SBG的癌症云计算平台如何跟GDC进行对接与合作?美国人依然在领跑全世界,2015年肯定会有更加精彩的东西。

 

我们的差距依然明显,无论是数据量、成果还是投入。863、973等诸多癌症研究项目产生的数据还捏在极少人的手中,落满灰尘。

 

比历史,我们已经没办法了。1937年8月5日,富兰克林罗斯福总统签署美国癌症法案,成立了NCI。在此前一周,日本借口卢沟桥事件全面占领北平。未来呢?我们还有机会。

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云计算与全民健康保障

首先我认为全民健康保障需要充分发挥中医的作用,甚至可以认为中医要发挥最主要的作用。

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我的中医理论的基本思想是:

1、健康就是平衡。

人体与周围环境需要处于平衡状态,人体内部五脏六腑需要处于平衡状态,

人体喜怒哀乐七情六欲需要处于平衡状态,不平衡就是身体不适甚至是疾病,平衡了就是健康。

2、人体是一个全息系统。

从一个人的外部可以看到全身五脏六腑的情况,从一个手掌也可以看出整体身体的状况,

从一个人的声音可以听出不同身体状况,从一个人的体味可以看出不同的身体状况。

3、人体是一个物质、能量与信息的综合体。

物质的新陈代谢,能量的变换和流通,信息的变换和流通,组成了所有的人体生命现象。

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随着云计算时代的到来,通过发扬中医的“治未病”思想,

结合具体的社会组织和措施,低成本高效率的全民健康保障事业将要迎来新的发展机遇。

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所谓“治未病”,请看一个故事:

魏文侯曾问扁鹊:“你们三兄弟中谁最善于当医生?”扁鹊回答说:“长兄医术最好,中兄次之,自己最差。”

文侯说:“可以说出来听一听吗?”

扁鹊说:“长兄治病,是治于病情未发作之前,由于一般人不知道他事先能铲除病因,所以他的名气无法传出去。

中兄治病,是治于病情初起之时,一般人以为他只能治轻微的小病,所以他的名气只及于乡里。

而我是治于病情严重之时,在经脉上穿针管来放血,在皮肤上敷药,所以都以为我的医术最高明,名气因此响遍天下。”

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这便是扁鹊三兄弟的故事。原文出处如下:

《鹖冠子》---世贤第十六
魏文王之问扁鹊曰:‘子昆弟三人其孰最善为医?’扁鹊曰:‘长兄最善,中兄次之,扁鹊最为下。’
魏文侯曰:‘可得闻邪?’
扁鹊曰:‘长兄于病视神,未有形而除之,故名不出于家。
中兄治病,其在毫毛,故名不出于闾。
若扁鹊者,镵血脉,投毒药,副肌肤,闲而名出闻于诸侯。’
魏文侯曰:‘善。使管子行医术以扁鹊之道,曰桓公几能成其霸乎!’
凡此者不病病,治之无名,使之无形,至功之成,其下谓之自然。
故良医化之,拙医败之,虽幸不死,创伸股维。”卓襄王曰:“善,寡人虽不能无创,孰能加秋毫寡人之上哉?”

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下面详细谈谈云计算时代如何治未病。

从云计算的三个基本部分说起,云、管、端。

在云端,

将会集中强大的计算和存储能力,持久的记录人、人所生活的环境、社会舆论与大众情绪,

同时进行数据挖掘,逐步建立各种可观测条件与健康的关系。

在管道,

通讯网络高度发展,随时随地任何人可以从云端获取信息,发起计算请求,存储数据。

在终端,

带通讯功能和多媒体记录功能的终端大量普及,可以采集和上传大量的健康相关的信息,在云端进行存储和分析。

对于任何一个社会,普遍的社会健康保障都是梦寐以求的目标。

在美国这么强大的国家,都不堪重负,实在是因为没有走“治未病”的道路。

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下面引用一个网络上面的笑话,来说明西医是如何消耗社会财富的:

一个医院院长电视机坏了,拿到一个大修理店去修。
修理店接待人员问:“你好,请问你的电视机出了什么问题?”
“就是没有反应了,声音图像都没了。”
“OK,看来你的电视是内部出了问题,那你要看内科,

请问你要看工程师还是高级工程师,修理费工程师收20元,高级工程师要收30元。”
“不就是修电视机吗?修好就可以了,我管他什么工程师还是高级工程师?”
“不一样的,高级工程师水平高,什么疑难问题的电视都能修理好,

修好的返修率也明显低于工程师,但是修理费相对高一点,所以这个由顾客您自己选择。”
“我的电视应该不算疑难杂症,就一般工程师就好了。”
“那好,请你先交20元修理费。”
“为什么还没修理就要先交费?”
“我们修理店的制度就是这样,你们医院的挂号费,不是没看病之前就要交吗?”
医院院长无话可说,只好交了20元,将电视机捧进修理店,来到了工程师的工作台。
工程师问了一下电视机的情况,先开了三个付费单请医院院长交费,

一个万用表测量费20元,一个示波器测量费50元,一个扫频仪费80元。
“为什么要顾客出这个测试费,这不是方便你们修理工程师的吗?”
“没错,我们的工程师以前也是靠望闻问切听,凭经验修理,

可是现在科学发达了,什么仪器都有了,修理时做了测试会比较准确,也能测试出目前暂时还没有显现的故障出来。

我们买这些仪器仪表要花费大量资金,所以我们要收一些合理的费用。

你的还好,没有用到更多仪器,上次一个客户送一个电器,

我们用了网络分析仪测试天线阻抗,测试费就是150元 ,人家也是测了。

我们会尽量替顾客着想,尽量少一些测试,为顾客省钱。

当然你也可以坚持不测试,但我们修理时,可能会判断错误将好的零件换掉,给顾客造成不必要的费用。

也可能修不好你的电器,最后耽误你的时间。”

医院院长只好先交了150元测试费。
工程师经过半个小时测试,用打印机打出一张线路图,发现时一个三极管烧了,

他花几分钟,换了个一元钱左右的三极管就修好了电视机。

工程师把打印好的线路图塞到院长手中后开了一张缴费单,叫院长去交8元打印费。
院长不解的问:“打印费也要我出?”
“是的,这是店里的规定,打印费由顾客出,那张图不是给你了吗?”
“可我看不懂,要这张图干啥?”
“你们医院给病人做B超,打印的绘图病人也看不懂,不照样是病人出钱吗?”院长无 语,只好去交钱。
最后,工程师对院长说,我们店实行电脑管理,请你去提货柜台提货。

提货柜台打了一个修理清单给医院院长交费,

缴费单上写着:根据物价局规定,我店实行分项收费,做到使顾客明明白白消费。

你本次修理收费如下:35W白光牌烙铁使用费(拆焊各1次):10元;一次性烙铁头清洁棉:2元;

吸枪使用费1次:5元;φ0.8环保锡线10g :5元;2N1234三极管1个 :2元;

剪三极管管脚斜口钳使用费:5元;焊接后清洗焊盘洗板水费:5元;

拆焊三极管、清洗焊盘等人工费:;20元;合计:54元。

院长看了差点晕倒 。
医院院长的电视共花了232元钱,只换了一个价值1元的配件。

如果是中医疗法,就是这样的场景:

一个老师傅,把电视机插上电,看看听听摸摸,望闻问切一下,更换一个价值一元的配件,搞定。

如果是云计算的中医疗法:

在电视机将要坏的时候,告诉用户家里太潮湿了,可能会导致某配件失效。

用户不理睬,用坏了。

拿的云计算医疗中心,通过摄像头观测上电后的电视图像,通过声音传感器接受电视机的声音信息。

云计算进行模式匹配,结论是某配件要更换。

一个普通的人,在云计算医疗中心的指导下,很快就可以把电视机修好,不需要老师傅。

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MicroCHIPS,纳米医学的先锋

mchips_logo

纳米技术加生物科技,听起来很像是大忽悠。确实,有很多人用这两个名字招摇撞骗。不过今天我们要介绍的这家公司,MicroCHIPS,是一家真枪实弹在产品中应用了纳米技术和生物技术的高科技公司。

MicroCHIPS的主页上称自己是下一代药剂投送装置以及生医传感器方面的先锋。该公司的核心技术是存储阵列(Reservoir Arrays),这个阵列中的小室用来长期存储化学传感器(Chemical Sensors)和治疗药剂。纳米技术的应用体现在,这些小室都制作在一个小小的微晶片上。这块晶片上还带有MicroCHIPS自己的无线传输技术和与微处理器适配的接口。所以这个药剂投送装置可以在主动状态下利用探测回路的反馈进行药剂投送的控制。这个投送装置是一个通用平台,可以搭载各类药剂,当然现在该公司的主要产品是治疗糖尿病的胰岛素。这个装置也可以在被动式状态下工作,即不使用能源和微处理器。药剂的投送完全依赖其高分子网格的降解(受控)。被动式的装置使得需要被植入体内的设备体积变得很小。MicroCHIPS平台的核心技术包括以下几个方面:纳米存储阵列的生产和控制、长期体内植入技术、药剂平台的无线通讯机能。

让我们看看该公司的产品以便更好的理解这些技术。该公司有一款治疗糖尿病的产品,这个产品的核心就是一个植入皮下的无线传感器。这个传感器能动态的获得病人体内的实时信息,主要是实时葡萄糖浓度的信息。根据病人体内反馈的信号,该传感器可以发出预警信号,知道病人或者医生或者仪器投送药剂。整个回路看起来复杂,但是却避免了定时定点注射胰岛素的麻烦和不准确性。

同样是针对糖尿病人,该公司的被动式药剂投送产品更受欢迎。所谓被动式药剂投送,是利用该公司的存储阵列,在小室中注入生物传感器和治疗药剂。一旦葡萄糖的浓度升到某个浓度,这个特殊制作的高分子网格结构就会被降解(这就是所谓的探测传感),小室里的药剂就能被送到病人体内。当然,这个被动式的小晶片是被植入病人体内的。

该公司声称这种被动式的药剂投送方式能够延长一型糖尿病人的寿命多大十年。原因是,目前的投送方式不能精确测量每时每刻病人所需要胰岛素的数量。通常是早中晚三次测量,然后打入相应单位的胰岛素。但是人体内的化学环境变化很快,比如喝杯饮料据可能导致体内葡萄糖含量的迅速提升。所以实际上这种传统的药剂投递方式总会导致胰岛素的堆积,时间长了病人就需要洗肾。而这种被动式纳米投送可以彻底解决这个问题。另外,体内植入这种药剂投送装置的糖尿病人也不用担心活动量突然增大(如爬山)对葡萄糖的影响。

John_Santini 这些产品均已上市,由于其技术敏感程度甚高,美国政府目前不允许MicroCHIPS在美国本土以外的地方生产。这项技术源于公司创始人John Santini在MIT开始的研究。左图是公司创始人John Santini的照片。

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