Світові тренди біотехнологій
Бурхливий розвиток сучасних біотехнологій йде відразу за кількома ключовими напрямками, в кожному з яких вже досягнуті багатообіцяючі результати.
Регенеративна медицина: від штучної шкіри до заплатити для серця
 |
| Яскравим прикладом біотехнологій є пошук біомаркерів для ранньої діагностики злоякісних пухлин |
Розвиток технологій регенеративної медицини є однією з найактуальніших завдань сучасної науки. Операції з пересадки донорських органів ризиковані відторгнення, а кількість пацієнтів, які потребують такої терапії, завжди значно перевищує можливості клінік. В першу чергу варто відзначити створення різних заступників шкірних покривів, які використовуються в клініці для лікування опіків або хронічних ушкоджень шкіри. Нові досягнення в цій галузі дозволяють використовувати шкірні трансплантати, які містять генетично змінені клітини. Це дозволяє усунути генетичні дефекти, поліпшити їх приживлення і навіть створити систему для синтезу необхідних для організму гормонів.
Штучні судини, створені на основі власних клітин судинного епітелію і руйнується згодом в організмі синтетичної підкладки, вже починають застосовуватися в клінічній практиці. Їх важливою перевагою є те, що після деградації штучної підкладки, організм заміщає її власними здоровими клітинами. Схожі підходи використовуються також в біоінженерії тканин міокарда.
Ліки з природних джерел
Здатність живих організмів синтезувати біологічно активні стереоізомери часто робить їх незамінним і єдиним джерелом цінних органічних молекул. За оцінками експертів, в США близько 50 відсотків ліків, які використовуються для хіміотерапії, є похідними компонентів рослинних екстрактів. Найчастіше біологічно активні речовини, що синтезуються рослинами, являють собою вторинні метаболіти - низькомолекулярні сполуки, що забезпечують рослинам захист від шкідників і патогенів. Хоча вже охарактеризовано понад 50 тисяч вторинних метаболітів, це являє собою всього близько десяти відсотків биосинтетического потенціалу рослин. А крім рослин біологічно активні речовини синтезуються і накопичуються в бактеріях, грибах, морських організмах, комах і навіть амфібії. Сучасні програми пошуку нових ліків включають в себе одночасне автоматизоване тестування безлічі екстрактів на наявність всіляких біологічних активностей. Таким чином були знайдені потужні протипухлинні з`єднання: таксол з кори дерев тиса.
Відео: В Астані представили кращі світові зразки сільськогосподарської техніки та біотехнологій
Найчастіше рівень цінного речовини в рослині виявляється вкрай низьким, а хімічний синтез - надмірно складним. Наприклад, для задоволення річної потреби ринку в таксол довелося б екстрагувати кору декількох сотень тисяч дерев! У цьому випадку дослідники спочатку з`ясовують шлях ферментативного біосинтезу молекули в клітці, потім виділяють (клонують) гени, що кодують відповідні ферменти і оптимізують їх. І, нарешті, вводять отримані гени в відповідну біологічну систему для напрацювання цінного речовини. Яскравим прикладом такої розробки стало отримання противомалярийного терпена Артемізін в дріжджах.
Антитіла доставляють ліки прямо в пухлину
 |
| Доставка ліки безпосередньо в пухлину дозволяє підсилити ефект препарату і звести до мінімуму небажані побічні дії на інші тканини і органи |
Доставка ліки безпосередньо в пухлину дозволяє підсилити ефект препарату і звести до мінімуму небажані побічні дії на інші тканини і органи. Зазвичай для цього використовуються моноклональні антитіла або їх фрагменти, специфічні для різних видів пухлин. На поточний момент на ринку існує кілька типів антитіл, злитих (коньюгированной) з різними препаратами: цитотоксическими сполуками, токсинами (зокрема, грибкового походження) або радіоізотопами. Перевага останніх полягає в тому, що доставлені радіонукліди здатні знищувати навіть клітини пухлин, що містять на своїй поверхні мало якорів-антигенів. З іншого боку, для цього типу коньюгатов характерний більш високий ризик пошкодження здорових тканин. Фотодинамічна терапія - це методика лікування пухлин, що дозволяє знищити хвору тканину, не пошкоджуючи при цьому здорову. Під впливом світла раніше інертне лікарська речовина активується і руйнує навколишні його тканини.
Серед недавніх розробок в цій галузі слід відзначити систему для доставки фототоксическая білка до пухлини за допомогою фрагментів антитіл. Як світлочутливий агента дослідники використовували червоний флуоресцентний білок «KillerRed» - «Червоний Вбивця». Транспортна частина конструкції, що відповідає за доставку «Червоного Вбивці» до мішені - клітці злоякісної пухлини, представляла собою білковий фрагмент антитіла 4D5, широко використовуваного в клінічній імунотерапії ряду пухлин.
Лікування генетичних хвороб
До теперішнього часу генетична терапія являє собою бурхливо розвивається область біотехнології і розглядається як потенційно універсальний підхід до лікування широкого спектру захворювань: спадкових, онкологічних і навіть інфекційних.
Для лікування раку розроблені векторні системи на основі елементів геному вірусів, що дозволяють вводити ген-вбивцю безпосередньо в пухлину, яка в результаті сама починає виробляти цитотоксичні білки
Різні носії використовуються для доставки генетичного матеріалу всередину людської клітини і його інтеграції в геном, наприклад, штучні ліпосомного наночастинки або катіонні емульсії. Для лікування раку розроблені векторні системи на основі елементів геному вірусів, що дозволяють вводити ген-вбивцю безпосередньо в пухлину, яка в результаті сама починає виробляти цитотоксичні білки.
У листопадовому номері журналу «Science» було опубліковано повідомлення про успішне застосування генетичної терапії для лікування адренолейкодистрофії (смертельної нейродегенеративної хвороби). Дефектний ген в стовбурових клітинах кісткового мозку пацієнтів був замінений нормальної копією, після чого клітини були повернуті назад в організм. Для цієї мети був розроблений новий вектор для перенесення генетичного матеріалу всередину людських клітин і його вбудовування. Вчені «роззброїли» вірус імунодефіциту людини, видаливши всі гени і залишивши лише оболонку, здатну проникати всередину клітини. У неї помістили ДНК, що містить коректний ген і послідовності, які допомагають вбудувати його в хромосому. Вчені вважають, що створений ними вектор на основі частинок ВІЛ може служити універсальним переносником для різних генів.
Розшифровка геному за один день
 |
| Сучасні програми дослідження геномів стимулювали розробку швидких, точних і ефективних методів аналізу нуклеїнових кислот - секвенування |
Сучасні програми дослідження геномів стимулювали розробку швидких, точних і ефективних методів аналізу нуклеїнових кислот - секвенування. Метою такого аналізу є отримання інформації про послідовність розташування кожного з чотирьох типів нуклеїнових підстав в довгій молекулі ДНК. Ця послідовність у свою чергу визначає послідовність амінокислот в молекулі білка, закодованого в даній ділянці ДНК, і отже, властивості ферменту.
Спочатку методика секвенування передбачала складні хімічні модифікації ДНК з використанням радіоактивних міток. У сучасних методах секвенування використовується полімеразна ланцюгова реакція, а радіоактивні мітки замінені флуоресцентними. Автоматичні секвенатори здатні одночасно аналізувати кілька сотень зразків ДНК і виконувати до 24 аналізів на добу. Електрофорез проходить не в гелях, а в надтонких капілярах, що дозволяє значно збільшити швидкість і чутливість аналізу.
Альтернативою цим методом є нещодавно розроблений метод «секвенування шляхом синтезу» або піросеквенірованія. У момент приєднання одного з чотирьох можливих нуклеотидів до ланцюга ДНК (комплементарні основному ланцюзі) спеціальний фермент люціферази подає світловий сигнал. Якщо знати, які саме нуклеотиди присутні в розчині в момент сигналу, то можна визначити послідовність їх приєднання. В результаті дослідники могли реєструвати приєднання 25 000 000 підстав з 99 відсотковою точністю протягом чотирьох годин.
Досягнення в розумінні того, які гени і закодовані ними білки відповідальні за хвороба дозволять підбирати комплекс лікарських засобів, набагато ефективніше справляються з конкретним недугою, ніж окремі препарати
Відео: [ОТУС] Віктор Корінний - Літня школа ОТУС - 2016
Лікування важких хвороб - атака на кілька мішеней
Стратегія сучасного лікування найбільш важких хвороб включає одночасний вплив на декілька мішеней - молекулярних етапів розвитку патологічного процесу. Досягнення в розумінні того, які гени і закодовані ними білки відповідальні за хвороба дозволять підбирати комплекс лікарських засобів, набагато ефективніше справляються з конкретним недугою, ніж окремі препарати.
Найбільш яскравим прикладом лікування конкретної хвороби подібним шляхом - терапія ВІЛ-інфекції. В даний час при лікуванні ВІЛ-інфекції рекомендується використовувати комбінацію ВІЛ-інгібіторів, що складається як мінімум з трьох препаратів, що впливають на різні ферменти вірусу, відповідно блокують різні стадії розвитку вірусної інфекції. Подібний підхід дозволяє значно продовжити життя ВІЛ-інфікованим пацієнтам - в США СНІД переведений з розряду невиліковних в число хронічних хвороб. В даний серед вчених не викликає сумніву той факт, що і успішне лікування раку теж буде засновано на одночасному прийомі препаратів, що впливають на різні елементи ракових клітин. Мультітаргетная терапія представляється доцільною і перспективною не тільки завдяки її ефективності в придушенні пухлини, а й можливості подолання стійкості ракових клітин до різних препаратів, що є однією з найважливіших задач протипухлинної терапії.
Завдяки своїм особливостям стовбурові клітини вже кілька десятиліть є одним з найбільш перспективних об`єктів медичних технологій
Стовбурові клітини - лікар всередині пацієнта
Стовбурові клітини - це неспеціалізовані клітини-попередники, що дають початок усім органам і тканинам організму. Їх завдання - відновлення пошкоджених або відмерлих ділянок.
Відео: Нова реальність, а не криза! Світові тренди
Завдяки своїм особливостям стовбурові клітини вже кілька десятиліть є одним з найбільш перспективних об`єктів медичних технологій. Ними лікують широкий спектр хвороб - від псоріазу та ішемічної хвороби серця до генетичних хвороб і трансплантацій органів (приклади наведені в інших розділах нашої статті). Останні досягнення в галузі клітинної терапії включають в себе розробку методів стимуляції стовбурових клітин диференціюватися в той чи інший тип тканини прямо в організмі пацієнта. Дослідники навчилися стимулювати кістковий мозок (який виробляє на нормі попередники клітин крові) вивільняти два інших типи стовбурових клітин (здатних відновлювати, в тому числі, хрящі, кістки і кровоносні судини). Вчені пророкують найширшу перспективу свого методу: пацієнт з інфарктом або переломом надходить до лікарні, отримує ліки, стимулюючий його стовбурові клітини, після чого вони вже самі займаються «ремонтом» пошкоджених органів.
Синтез генів для фарміндустрії
Швидке зростання ринку фармацевтичних білків, а також розвиток різноманітних систем гетерологічної експресії генів викликало попит на дешеві і точні методи синтезу нуклеїнових кислот. Проведені за останні десятиліття розробки дозволили збільшити ефективність протоколів синтезу
Фармакогенетика є однією з попередниць персональної (індивідуальної) медицини, в якій парадигма «одні ліки для всіх» замінюється на «правильні ліки для кожного пацієнта»
Правильне ліки - для кожного пацієнта
В описі будь-якого сучасного фармакологічного препарату присутня інформація про його побічні дії та можливих алергічних реакціях. Це означає, що генетичні особливості обміну речовин
Відео: Ельконін Борис Данилович - «Світові тенденції в освіті та розвивальне навчання»
У найпростішому випадку один ген може брати участь в реакції організму на ліки. Ідентифікувавши небажаний варіант (аллель), можна оптимізувати терапію для відповідної групи пацієнтів. Особливо важливі такі дослідження для протиракової терапії. Протипухлинні ліки, з одного боку, мають високу токсичність, з іншого - терапія малоефективним препаратом може призвести до сумних наслідків. Тому Фармакогенетичні дослідження дозволять скорегувати терапію для пацієнтів з «невдалим» варіантом гена шляхом зміни дози препарату чи його заміною.
Вважається, що переважна більшість лікарських препаратів взаємодіє з білковими молекулами. Тому комплексне вивчення спектру білків може прискорити розробку нових діагностичних і терапевтичних засобів
Протеоміка - ключ до діагностики
Протеоміка вивчає обмін білків в живому організмі: їх синтез, взаємодію і розпад. Часто можна помітити зв`язок між захворюваннями і зміною спектра або характеристик синтезованих організмом білків. Вважається, що переважна більшість лікарських препаратів взаємодіє з білковими молекулами. Тому комплексне вивчення спектру білків може прискорити розробку нових діагностичних і терапевтичних засобів.
Яскравим прикладом є пошук біомаркерів для ранньої діагностики злоякісних пухлин. На поточний момент в ході досліджень в різних лабораторіях світу вже виявлено ряд нових білків, службовців біомаркерами ракових пухлин різної локалізації. Важливим аспектом є розробка комплексних панелей біомаркерів, що дозволяють з більшою вірогідністю виявляти наявність захворювання. Крім злоякісних пухлин, активно досліджуються біомаркери серцево-судинних, легеневих, шлунково-кишкових і багатьох інших захворювань.
Юрій Шелудько
