Биомедицина сегодня и завтра

Биотехнологии только на первый взгляд кажутся чем-то из области очень высокой науки. На самом деле известное тысячи лет производство хлеба или сыра тоже является примерами биотехнологий – ведь их изготовление невозможно без сбраживающих микроорганизмов. Да и сам термин «биотехнологии» появился в 1917 году в Венгрии по достаточно приземленному поводу – так назвали метод воспроизводства поголовья свиней путем откорма сахарной свеклой.

В вышесказанном, конечно, есть доля шутки. Современные биотехнологии – это самые передовые рубежи науки. В России их признали приоритетным направлением инновационной экономики. И хотя пока вклад нашей страны в мировую биотехнологию составляет десятые доли процента, у этого направления науки огромный потенциал. О настоящем и будущем биотехнологий в медицине, о том, как будут лечить людей уже через несколько лет, узнал обозреватель «МК».

Диагноз на высшем мини-уровне

Как говорит завотделом биомедицинских технологий ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии ФМБА России» Муса Хаитов, современная биотехнология изучает процессы на молекулярном и клеточном уровнях, в ее основе работа с молекулой ДНК – биологическим кодом всего живого. И прежде всего биотехнологии нашли широкое применение в диагностике заболеваний. В мире уже разработано более 1000 биотехнологических тест-систем, основанных на ДНК, которые ценят за беспрецедентную точность и простоту, что до их появления не могло обеспечить ни одно исследование.

В 1983 году американский ученый Кэри Мюллис получил Нобелевскую премию за революцию в диагностике – он изобрел генетический анализ ПЦР (полимеразной цепной реакции). ПЦР позволяет обнаружить участки ДНК вирусов и бактерий в любом биологическом материале (слюне, крови, сперме и пр.), даже если инфекции протекают в скрытой форме. Сегодня с помощью ПЦР диагностируют хламидиоз, микоплазмоз, ВИЧ, гепатит С, туберкулез и проч.

Одно из последних достижений биотехнологической диагностики – метод биосенсоров, которые «отлавливают» связанные с болезнями молекулы и подают сигналы на датчики. Биосенсорную диагностику часто применяют в «скорой помощи». Например, ее используют для определения глюкозы в крови больных диабетом. Предполагается, что со временем можно будет имплантировать датчики биосенсоров в кровеносные сосуды больных, чтобы более точно контролировать их потребность в инсулине. А если биосенсор удастся соединить с мини-насосом так, чтобы он вводил инсулин, больной получит фактически автоматическую поджелудочную железу. Кроме того, такой контроль позволит снизить вторичные эффекты диабета, например, повреждения глаз и почек, возникающие из-за резкого увеличения концентрации инсулина при инъекциях. Сегодня в Институте биоорганической химии им. М.Шемякина и Ю.Овчинникова РАН создают биосенсоры нового поколения с использованием квантовых наночастиц – они легко проникают через защитные барьеры организма и флюоресцируют. Благодаря этому многие заболевания (рак, аутоиммунные) можно обнаружить уже на этапе зарождения.

Ну а самой передовой технологией в диагностике ныне считают микрочипы. Их применяют для ранней диагностики инфекционных, онко- и генетических заболеваний, аллергенов, а также при исследовании новых лекарств. В университете Торонто сейчас работают над микрочипом для диагностики рака – устройство содержит нанопровода и ДНК-мишени, которые притягивают к себе молекулы, наличие которых в организме свидетельствует о развитии рака. Анализ длится полчаса. Само устройство помещается в кармане (нынешнее оборудование для анализа занимает целую комнату). В России же уже разработаны биочипы для выявления туберкулеза, оспы, гриппа, гепатита, герпеса – эти тест-системы позволяют сократить время диагностики с 6–8 недель до 1 дня.

Биоагенты против рака

Еще одна область, в которой биотехнологии нашли широкое применение и за которыми видят большое будущее, – лечение и профилактика заболеваний. Первое биотехнологическое лекарство – рекомбинантный человеческий инсулин – появилось в 1982 году. За последние 40 лет создано более 200 биотехнологических лекарств, и еще более 400 находятся на стадии исследований. Сегодня крупнейшие фармкомпании мира бросают все силы на разработку биотерапевтических препаратов. «Например, сейчас портфель наших новых разработок включает 4 вакцины и 27 биологических препаратов – это более четверти всех программ, находящихся на стадии исследований. Этот показатель демонстрирует существенный рост с марта 2009 года, когда в разработке компании были 1 вакцина и 16 биологических молекул», – говорит Кирилл Тверской, медицинский директор представительства известной западной фармкомпании в России.

Недавнее появление препаратов-биоагентов, или моноклональных антител, врачи называют событием, равнозначным изобретению в середине прошлого века антибиотиков. Эти препараты используются в основном для лечения тяжелых аутоиммунных и онкологических заболеваний. В отличие от «химии», они действуют точечно, убивая лишь опухолевые клетки и не вредя другим системам организма. То есть не сажают иммунитет и не вызывают выпадения волос. И это настоящий прорыв, потому что сегодня большинство раковых больных умирают именно от последствий химиотерапии. Новые моноклональные антитела в мире регистрируют чуть ли не каждый месяц. Сегодня уже есть лекарства для лечения лимфомы, колоректального рака, рака груди, рака легких, лейкозов... Кроме того, моноклональные антитела начали применять для лечения ревматоидного артрита, рассеянного склероза, ряда инфекционных заболеваний и пр. Многие препараты зарегистрированы и используются в России, что позволило получить некогда неизлечимым больным шанс на жизнь.

Операции на генах

Одним из самых перспективных направлений в биомедицинской науке ученые называют генотерапию. В ее основе – принцип воздействия на болезнь с помощью генов, переносимых в клетки организма больного. Первый успешный опыт генотерапии состоялся 14 сентября 1990 года – 4-летней девочке пересадили ее же лимфоциты, в которые искусственно внедрили ген, не воспроизводящийся в ее организме (у ребенка был тяжелый иммунодефицит). Пациентка уже выросла и чувствует себя хорошо. Сейчас генотерапия входит в практику медицины. Надежды на лечение многих наследственных и неизлечимых заболеваний (гемофилии, болезни Паркинсона и даже СПИДа) возлагают именно на нее.

Первый генотерапевтический препарат был зарегистрирован в 2003 году в Китае – это противоопухолевое лекарство для лечения тяжелых форм рака шеи и головы. Во Франции генотерапией вылечили двух 7-летних детей от адренолейкодистрофии – болезни, при которой головной мозг разрушается из-за врожденного дефекта стволовых клеток. Исследователи брали у пациентов пробы стволовых клеток, заражали их вирусами, несущими терапевтические гены, и снова возвращали в организм. Через год состояние больных заметно улучшилось, их нервная система постепенно приходит в порядок.

Институт стволовых клеток человека проводит исследования первого в стране генотерапевтического препарата Неоваскулген для лечения критической ишемии нижних конечностей – когда сосуды становятся непроходимыми, а окружающая ткань умирает. Такой диагноз ставят 300 тысячам пациентов ежегодно. Наше лекарство содержит ген, вырабатывающий в клетках больного вещество, стимулирующее рост новых сосудов. Для многих таких больных препарат может стать реальной альтернативой ампутации.

К технологиям будущего ученые относят и метод клеточной трансплантации стволовых клеток. Эта область науки пока вызывает много споров, но успехи стволовой терапии уже очевидны в заместительной терапии поврежденных тканей (например, ее используют в ожоговых центрах).

Кроме того, многие ученые мира работают над идей т.н. терапевтического клонирования. Смысл в том, чтобы научиться выращивать из стволовых клеток людей органы (печень, легкие, сердце) на случай, если они когда-нибудь пригодятся. Ученые говорят, что ничего фантастического в этой идее нет, однако пока об успешных опытах в этой области говорить рано. Хотя, по некоторым данным, биогибриды почек уже созданы.

Еще одна область, которая терзает умы исследователей, – ксенотрансплантация. То есть пересадка человеку органов и тканей от других видов животных. Например, близких нам по духу и строению свиней. Исследования уже ведутся. Весь мир облетели фотографии чудесных поросят, у которых удалили ген, отвечающий за синтез сахаров, чтобы посмотреть, вызовет ли это коррекцию их иммунной системы. Если нет – их печень можно будет пересаживать больным циррозом и раком печени.

Лекарства по меркам заказчика

Но гораздо более интересным медики считают создание персонифицированных лекарств – считается, что это уже не за горами. Замминистра здравоохранения РФ Вероника Скворцова считает, что биотехнологии – важнейшее стратегическое направление развития медицины, позволяющее подойти к формированию персонифицированной медицины, отражающей особенности каждого человека. «Это позволит не только улучшить результаты лечения, но и сделать излечимыми те заболевания, которые сегодня неизлечимы», – сказала замминистра.

«Все мы отличаемся друг от друга, и поэтому каждый по-особенному реагирует на одно и то же лекарство. У кого-то возникают побочные эффекты, у кого-то – аллергические реакции, кому-то препараты не помогают... Поэтому ученые нацелены на создание лекарств, которые можно было бы применять в зависимости от конкретного генного типа человека», – поясняет Хаитов.

Доказано, например, что люди с различным генетическим материалом по-разному реагируют на прием тех же статинов (лекарств для снижения холестерина). В основе персонифицированной медицины лежит лечение не конкретной болезни, а конкретного пациента. Появились даже новые науки – фармакогенетика и фармакогеномика. И хотя пока это направление относят к медицине будущего, уникальные разработки в этой области уже есть. Например, разработан тест CYP 150, позволяющий на основе анализа крови и полученной генной информации подбирать лекарственные препараты для лечения болезней сердца. Кроме того, уже применяется препарат для лечения рака груди, если тот вызван блокированием рецепторов HER-2. То есть он подходит группе пациентов, объединенных одной генетической особенностью, – конкретно у них на фоне такого лечения наступает выздоровление.

– Надеемся, что в ближайшее время таблетки будут носить не названия брендов, а имена каждого пациента, – говорит Хаитов.

Нанобиотехнологии

Нанобиотехнологии – также чрезвычайно интересное и очень быстро развивающееся направление медицины. «Размер имеет очень большое значение», – со знанием дела говорят ученые. Эволюцию научной мысли от изучения мира на макроуровне к изучению его на микроуровне можно продемонстрировать на примере вакцин от гриппа. Первые, появившиеся 40 лет назад, содержали вирусную частицу и вызвали множество побочных эффектов, а к тому же были малоэффективными. На смену им 20 лет назад пришли субъединичные вакцины, включавшие в себя белок вируса гриппа (разумеется, они стали более эффективными и безопасными). Последнее поколение вакцин – субъединичные полимерные нановакцины, в которые включен даже уже не белок, а наиболее важная его иммуногенная частица, – в мире считают самыми эффективными.

Сегодня ученые работают над созданием новых микроскопических препаратов, которые будут доставляться непосредственно в больную клетку, лечить ее и выводиться из организма. Дозировки таких препаратов будут микроскопическими, эффективность – повышенной, а побочные эффекты практически сведены к нулю. К тому же они могут выступать и в качестве диагностических средств – врачи смогут наблюдать, как действуют препараты с течением времени. «Нанопрепараты доставляются в наноконтейнерах – липосомах, которые растворяются, достигнув клетки-мишени, и высвободят лекарство. При этом существенно уменьшается токсический эффект, что очень важно, например, для лечения онкологии, – ведь часто раковые больные умирают не самого заболевания, а от последствий химиотерапии», – говорит директор по инфраструктурным программам РОСНАНО Татьяна Николенко. По данным Николенко, сейчас РОСНАНО рассматривает несколько проектов прорывных лекарств с так называемой контролируемой доставкой, и уже через 3-4 года они могут появиться в клинической практике врачей.

Нанобиологический проект проводит и Институт иммунологии – ученые работают над созданием противовирусного препарата, механизм действия которого основан на предохранении клеток от чужеродной генетической информации (то есть вируса). Это лекарство планируют применять для лечения респираторной вирусной инфекции. Эксперимент длится около 3 лет. Уже проведены успешные исследования на клетках, а также на мышах. Ученые почти готовы к созданию нанопрепарата, правда, еще предстоит решить, что станет его оболочкой – именно она играет решающую роль в доставке лекарства непосредственно в клетки. Исследователи говорят, что лекарство будет дешевым и сможет справиться с любой вирусной простудой.

Источник: «МК»

Спонсор публикации: ПЦР анализы стоимость в Санкт-Петербурге