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Teen Inventor entwirft einen nicht-invasiven Allergieschirm unter Verwendung von Genetik und maschinellem Lernen

Eine der frühesten Erinnerungen von Ayush Alag ist es, in einen Schokoriegel mit Cashewnüssen zu beißen und plötzlich zu spüren, wie ihm die Kehle juckt.

Während des größten Teils seiner Kindheit mied der Einwohner von Santa Clara, Kalifornien, alles, was mit Cashewnüssen und anderen Nüssen zu Irritationen führte, so gut er konnte. Bis zur Mittelschule wollten er und seine Eltern sicher wissen: Hatte er eine schwere Nahrungsmittelallergie, wie 32 Millionen andere Amerikaner, oder war es nur eine Nahrungsmittelempfindlichkeit? Sie suchten die Hilfe eines Allergikers, Joseph Hernandez von der Stanford University.

Hernandez sagte ihnen, dass der Unterschied zwischen einer Allergie und einer Nahrungsmittelempfindlichkeit sehr groß ist. Im Falle von Nahrungsmittelempfindlichkeit kann eine Person das reaktionsauslösende Nahrungsmittel langsam nach und nach wieder in ihre Ernährung einführen, um Immunität aufzubauen. Wenn Sie jedoch allergisch sind, kann dies zum Tod führen.

Hernandez empfahl Alag, zuerst eine Blut- und eine Hautuntersuchung durchzuführen, beides typische Maßnahmen zur Bestimmung von Allergien. Diese Ergebnisse waren jedoch nicht schlüssig, was für Alag frustrierend war, als er wusste, dass das Essen bestimmter Lebensmittel ihn krank machte. Blut- und Hauttests sind überempfindlich und führen in fast 50 bis 60 Prozent der Fälle zu Fehlalarmen. Dies geht aus der gemeinnützigen Food Allergy Research & Education in McLean, Virginia, hervor. Der einzige Weg, um wirklich zu wissen, ob er allergisch war oder nicht, bestand darin, eine orale Nahrungsergänzung durchzuführen, eine Erfahrung, die für den Patienten stressig und gelegentlich traumatisch sein kann. Während einer oralen Nahrungsaufnahme nimmt der Patient unter Aufsicht eines Arztes und einer Krankenschwester innerhalb einer Stunde drei kleine Mengen des vermuteten Allergens zu sich. Anschließend wird der Patient vier Stunden lang nach der letzten Dosis beobachtet, um festzustellen, ob Symptome auftreten.

Der Prozess ist nicht nur zeitaufwändig für einen Arzt, sondern auch riskant, insbesondere für Kinder. Wenn eine schwere Reaktion auftritt, muss das Kind so schnell wie möglich in eine Notaufnahme gebracht werden. Nahrungsmittelallergien betreffen ungefähr acht Prozent der Kinder, und in Jahrzehnten oraler Nahrungsmittelprobleme, die ein Industriestandard sind, wurde nur ein Todesfall gemeldet. 2017 starb ein Dreijähriger bei einer Routine-Herausforderung, was die Allergie-Forschungsgemeinschaft erschreckte.

Gott sei Dank erfuhr Alag, dass er nach seiner oralen Nahrungsaufnahme keine ernsthafte Allergie hatte, sondern eine einfache Nahrungsmittelempfindlichkeit. Er konnte einen Plan aufstellen, um Nahrungsmittel, die ihn früher gereizt hatten, wieder in seine Ernährung aufzunehmen. Jetzt könne er sogar problemlos Cashew Pad Thai bestellen.

„Als jemand, der diesen ganzen Prozess durchlaufen hat und weiß, was für ein Unterschied es sein kann, wenn man ihn als sensibilisiert und nicht allergisch einstuft, hat es mich motiviert zu untersuchen, ob es eine sichere Möglichkeit gibt, Nahrungsmittelallergien zu diagnostizieren und genau “, erklärt Alag.

Alag_Ayush_20190310_104_CA.jpg Alag präsentiert seinen DNA-Test für Lebensmittelallergien bei der Regeneron Science Talent Search. (Chris Ayers Photography / Gesellschaft für Wissenschaft und Öffentlichkeit)

Nach seiner Erfahrung beschloss der damals 14-jährige Alag, selbst nach Lösungen zu suchen. Zu dieser Zeit hatte er in der Schule etwas über Algorithmen gelernt. Zu Hause las er frühere Studien, in denen bestimmte Gene identifiziert wurden, die mit bestimmten Allergien assoziiert waren. Aufgrund seines Interesses an Informatik entwickelte er einen Algorithmus, der mithilfe öffentlich zugänglicher Datensätze erfolgreich genetische Marker markiert, die mit Lebensmittelallergien in Verbindung stehen. (Er konzentrierte sich auf 18 genetische Marker, die für das, was er mit Allergietests erreichen wollte, relevant waren.) Theoretisch müssten Sie nur eine Blutprobe entnehmen und sein Test würde anzeigen, ob Sie Allergien gegen eine bestimmte Substanz haben oder nicht. Gentests sind die allgemeine Richtung, in die sich das Feld bewegt, aber das Haupthindernis, das im Weg steht, ist die Notwendigkeit einer größeren Stichprobe.

Jetzt, mit 17 Jahren, leitet er seine eigene Firma namens Allergezy. (Sein Kinderallergiker Hernandez ist jetzt ein klinischer Partner von Allergezy.) Er ist auch einer der 40 besten Finalisten für die Regeneron Science Talent Search für Abiturienten, die heute Abend mit einer Gala endet, bei der die Gewinner im National Building bekannt gegeben werden Das Museum in Washington, DC, Regeneron wird der Regeneron-Website zufolge insgesamt 1, 8 Millionen US-Dollar mit einem Hauptpreis von 250.000 US-Dollar für den ersten Preis ausschütten.

„Diese Kinder arbeiten an Projekten, die das Leben auf der ganzen Welt wirklich verändern könnten. In Ayushs Fall könnte er dazu beitragen, die Diagnose für die zunehmende Anzahl von Menschen, die an Lebensmittelallergien leiden, zu verbessern “, sagt George Yancopoulos, Präsident und wissenschaftlicher Leiter von Regeneron (der auch einmal Finalist des Wettbewerbs war), in einer Erklärung per E-Mail.

Die Technologie von Alag ist alles andere als marktreif. Es muss noch viel verfeinert werden, was die Sequenzierung weiterer DNA-Proben und Tests zum Nachweis der Zuverlässigkeit und Genauigkeit erfordert. Allergezy erhielt kürzlich einen Zuschuss in Höhe von 10.000 US-Dollar vom Silicon Valley-Genforschungs-Startup Illumina, um die Datensätze zu erweitern, mehr Blutproben zu erhalten und mehr genetische Sequenzen zu erstellen. (All das und noch viel mehr müssen geschehen, bevor sie sich dem FDA - Zulassungsverfahren nähern.) Er ist einer von neun Regeneron - Finalisten, die ein Patent angemeldet haben, bemerkt Maya Ajmera, Präsidentin und CEO der Society for Science & the Public, in eine aussage per email.

„Der maschinelle Lernalgorithmus von Ayush, mit dem eine Lebensmittelallergie anhand des Blutprofils eines Patienten sicher diagnostiziert werden kann, hat das Potenzial, einen echten Einfluss auf das Leben der Menschen zu haben“, sagt Ajmera.

Und genau das hofft Alag eines Tages zu tun. Er erklärt, wie sehr es für ihn eine Erleichterung ist, nicht mit der ständigen Angst zu leben, dass er auf das Essen reagieren könnte, und er möchte nur, dass andere das gleiche Gefühl der Freiheit empfinden.

"Es ist jetzt viel einfacher für mich und meine ganze Familie, und es ist eine viel bessere Änderung des Lebensstils", sagt Alag.

Aber eins nach dem anderen. Zuerst muss er herausfinden, wo er aufs College geht.

Teen Inventor entwirft einen nicht-invasiven Allergieschirm unter Verwendung von Genetik und maschinellem Lernen