На стыке биологии и медицины

Относительно недавно среди российских ученых, представителей медицинского сообщества стал использоваться термин «трансляционная медицина». Это новый этап в развитии, предусматривающий быстрый перенос результатов фундаментальных исследований в сферу практического применения. О наиболее перспективных направлениях этой работы рассказали представители Института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета.

Альберт Ризванов:

- Среди перспективных направлений на стыке медицины и генетики следует отметить исследования генетической предрасположенности к различным заболеваниям. Сегодня определена генетическая этиология ряда заболеваний — различных иммунодефицитов, муковисцедоза и др. Причиной может стать точечная мутация, хромосомные перестройки, и здесь уже разработаны соответствующие генетические тесты, они вошли в практику клинико-диагностических лабораторий.

Другое дело, когда речь идет о мультифакторных заболеваниях, в которых пока не всегда прослеживается прямая взаимосвязь между генетикой и развитием болезни. Различные полиморфные варианты генов могут повышать или снижать риски возникновения того или иного заболевания. Научно-исследовательская работа в этом направлении сегодня активно ведется, но она требует больших затрат, применения современных геномных технологий. Для определения рисков возникновения болезни необходимо провести секвенирование (определение нуклеотидной последовательности ДНК) геномов тысяч людей с различными заболеваниями и определить миллион вариантов генов.

Но даже после этого нельзя со 100% уверенностью сказать, что определенный генотип может привести к развитию заболевания. Необходимо учитывать факторы внешней среды, которые могут выступать в качестве спусковых механизмов. Тем не менее, врач, зная генетический профиль пациента, может дать ему рекомендации, как исключить факторы риска и предотвратить развитие той или иной патологии.

Генетическая паспортизация может быть применена и в спортивной медицине. Знание индивидуальных генетических особенностей спортсмена может позволить избежать печальных последствий, в частности, синдрома внезапной смерти — на тренировках, соревнованиях. При этом речь не идет о дискриминации на основании того или иного генетического признака. Человек может достичь хороших результатов, просто, возможно, ему нужно порекомендовать другой вид спорта.

Сегодня в Казанском федеральном университете создается геномный центр, здесь устанавливаются высокопроизводительные секвенаторы последнего поколения, которые откроют новые возможности для расшифровки генома. Эта работа ведется в сотрудничестве с московским НИИ физико-химической медицины под руководством член-корреспондента РАМН Вадима Марковича Говоруна. Он является нашим куратором, специалисты института помогают нам в постановке задач, обучении сотрудников, обслуживании приборов. В ближайших планах нашего центра реализация двух проектов. Первый посвящен исследованию микробиома (микрофлоры) кишечника человека. С помощью методов генетического анализа мы будем исследовать совокупность всех геномов микроорганизмов (метагеном), населяющих этот орган. Знания метагенома позволят нам судить о видовом многообразии микробов, метаболических цепочках, в которых они принимают участие. Известно, что физиология кишечника во многом определяет наше здоровье, вносит огромный вклад в работу иммунной, эндокринной систем. Как показывают последние исследования, дисбаланс кишечной микрофлоры может приводить и к онкологическим заболеваниям.

В нашем геномном центре будет выполняться часть большого междисциплинарного многоцентрового проекта по исследованию взаимосвязи особенностей метагенома кишечника и развития различных болезней. Кроме того, мы планируем проследить влияние такого фактора, как перемена места жительства, на микробный состав кишечника. Сегодня многие татарстанцы переезжают из сельской местности в город. Количество микробных сообществ в кишечнике у жителей районов существенно разнообразнее, а это, в том числе, и пробиотики, во многом определяющие иммунитет организма. В городе вся эта микрофлора «беднеет», «усредняется», люди теряют унаследованные от предков факторы естественной защиты.

Мы планируем создать некий биологический банк микроорганизмов, сохранившихся в изолированной среде сельской местности. Соответственно, будет исследована связь перемены жительства и развития патологических процессов. Это позволит понять, можно ли использовать данные о метагеноме кишечника в качестве диагностического маркера, либо сделать вывод, что изменения в микрофлоре сами по себе служат причиной развития того или иного заболевания.

Второй проект имеет рабочее название «Тысяча экзомов татар». Экзом — смысловая часть человеческого генома, ответственная за синтез определенных белков. Главная цель проекта — получить «генетический портрет» жителей Татарстана (конечно, имеются в виду не только татары, но и представители других национальностей, живущие в республике).

Тесты, которые применяются в США, Европе, основаны на данных о популяциях людей, которые проживают в этих странах. При этом надо понимать, что на генетическом уровне между нами есть отличия. Они могут определять, насколько успешно будут применяться те или иные методы диагностики и лечения, разработанные на Западе. Реализация этого проекта позволит подвести фундаментальную базу под множество биомедицинских исследований, разработку диагностических методов, оценку эффективности лечения. При этом сравнивать мы будем не с какой-то абстрактной популяцией, а с условно здоровыми людьми — жителями Татарстана.

Еще одно перспективное направление — это фармакогеномика. На основе генетических тестов можно сделать вывод, какое лекарство, в какой дозировке будет эффективным для лечения. Это позволяет избежать побочных эффектов, достичь желаемого результата в более короткие сроки, наконец, экономически целесообразно — стоимость некоторых препаратов может составлять сотни тысяч рублей, и их неэффективное использование становится дополнительным бременем для государства, ЛПУ. Раньше врачи говорили в таких случаях, что это просто индивидуальная особенность организма пациента. Сегодня достижения генетики позволили дать этой расплывчатой формулировке конкретное качественное и количественное определение. За особенностями организма стоят гены, отвечающие за метаболизм препарата или его мишени. Сегодня эти данные активно используются в онкологии, кардиологии. На базе нашего университета мы также будем развивать методы тестирования в области фармакогеномики, помогая внедрять достижения науки в клиническую практику.

Ильназ Газизов:

- Термин «регенеративная медицина» был предложен Вильямом Хазельтином в 2000 году и на сегодняшний день широко применяется для описания отдельного направления биомедицинских знаний, ориентированного на стимуляцию эндогенных (возникающих внутри самого организма) источников восстановления поврежденных тканей, трансплантацию клеток, создания инженерных тканевых конструкций для замещения пораженных органов и тканей.

Развитию регенеративной медицины способствовали: повсеместно усиливающийся дефицит донорских органов и высокая себестоимость трансплантаций, чрезвычайно высокий процент инвалидизации и гибели больных от хронических заболеваний жизненно важных органов, увеличение доли геронтологических пациентов.

В 2010 году в России по инициативе и при участии Фонда «Наука за продление жизни» была разработана дорожная карта развития регенеративной медицины. Научную часть программы можно разделить на два больших раздела: клеточную терапию и тканевую инженерию, которые, в свою очередь, делятся на восстановление регенеративных способностей, удаление дефектных клеток, добавление, репрограммирование клеток и разработку соответствующих методов, подготовку клеточного материала и создание каркасов для тканевой инженерии. Помимо этого, в дорожной карте отображена необходимость развития организационного аспекта регенеративной медицины, диагностических платформ, методов математического моделирования, баз данных. Разработка такой дорожной карты отображает актуальность данного направления в России и готовность научного сообщества к ее реализации.

Республика Татарстан и КФУ, в частности, также вносят свой вклад в развитие регенеративной медицины. Сотрудниками Института фундаментальной медицины и биологии ведутся исследования по созданию генно-клеточных конструкций, индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, тканевых конструкций с применением 3D-биопринтеров, разработке синтетических биодеградируемых матриксов, поиску региональных стволовых клеток, изучению физиологической и репаративной регенерации различных органов, культивированию различных клеточных линий человека и животных.

Помимо этого, КФУ на базе Республиканской клинической больницы №2 планирует создать современную клинико-диагностическую лабораторию, где разместятся банк клеток и тканей и геномный центр. Создание такого банка позволит выделять и хранить в криогенных условиях, либо после лиофильного высушивания биологический материал. После генотипирования он станет основой для создания своеобразного реестра органов для трансплантаций и тканеинженерных конструкций.

Безусловно, регенеративная медицина будет развиваться быстрее других отраслей медицины. Глобальный рынок технологий этого направления имеет ежегодный прирост по 18-20%. Учитывая этот мировой тренд, КФУ выбрало стратегию по развитию регенеративной медицины, привлекая для этого все доступные ресурсы.

Равиль Фахруллин:

- Сегодня очень много внимания в разных областях науки – в биологии, химии, клеточных технологиях — уделяется клеткам, которые имеют свойства, отличные от естественных. Они способны вырабатывать необходимый ряд специфических биологических полимеров, таких как целлюлоза, хитин и т.д. Задача исследователей — изменить свойства этих клеток, сделав их более полезными для практической деятельности. Для этих целей может использоваться генная инженерия, но ее методы требуют больших денежных и временных затрат. Наша лаборатория была создана в 2008 году и с этого момента достаточно успешно проводят исследования по разработке новых материалов биомедицинского назначения. Мы занимаемся разработкой методов модификации клеточной поверхности, используя наноматериалы в качестве модификаторов. Наночастицы, нанотрубки и тонкие полимерные пленки позволяют усилить или модифицировать полезные свойства клеток, а также собирать из них многоклеточные структуры.

Наиболее значимые из наших предыдущих исследований были направлены на создание методов магнитной модификации («функционализации») микробных клеток и искусственных многоклеточных систем.

«Магнитные» микроорганизмы использовались нами для разработки биосенсорных систем, используемых, например, для оценки токсичности. Для этого к клеточным стенкам прикреплялись специальные наночастицы, после чего клетки становились магнитно-восприимчивыми, то есть притягивались к постоянному магниту. А нанесение многослойной полимерной «шубы» на поверхность дрожжей позволило нам получить многоклеточные «цитозомы» - микрочастицы, состоящие из живых клеток и внешне напоминающие примитивные колониальные организмы. Также метод магнитной «функционализации» был применен и в отношении человеческих клеток. Использование магнитного поля открывает перспективную возможность для создания прототипов биологических тканей.

Микробные клетки, несущие на своей поверхности наноматериалы, могут служить своеобразным транспортом, доставляющим эти наноматериалы в организм для последующей оценки токсичности. Например, мы работаем в области нанотоксикологии и используем хорошо изученный тест-объект – почвенную нематоду Caenorhabditis elegans. Принимая во внимание тот факт, что в природе эти черви питаются почвенными бактериями, мы прикрепили на поверхность этих микроорганизмов различные наночастицы. Интересно было отметить, что черви питались нанопокрытыми клетками так же хорошо, как непокрытыми. Проникновение наночастиц внутрь тела нематод приводило к различным токсическим эффектам, которые можно было оценить стандартными методами.

Эффективность работы нашей лаборатории можно оценить по нашим публикациям – с 2008 года было опубликовано 25 статей в престижных международных журналах (Chemical Society Reviews, ACS Nano, Chemical Communications, Nanoscale, Biosensors & Bioelctronics, Langmuir и др). За это время наши работы были цитированы около 270 раз. Также результаты наших исследований были включены в анонсы Американского химического общества и Британского Королевского химического общества, а также в анонсы российских научно-популярных СМИ (Химпорт.ру, «Поиск», «Троицкий Вариант», «Газета.ру» и др.).

Также на HealthyNation.ru

К оглавлению

Все выпуски

Вы можете оформить подписку на журнал

Написать нам

Разместить рекламу

При использовании материалов сайта и журнала Healthy Nation, ссылка на источник обязательна.