База данных исследований по борьбе со старением

В лаборатории доктора Бен-Якар разработан микрозонд (размеры 10×15×40 mm) для проведения микроопераций с использованием фемтолазерной нанотехнологии и двухфотонной флуоресцентной микроскопии. В будущем он может быть использован как эндоскоп для получения двухфотонного изображения места операции размером 340 нм в диаметре. Будущие разработки металл-покрытых зеркал с повышенной отражающей способностью и микролинз объектива позволят получать изображения автофлуоресценции клеток. Зонд может применяться в онкологии, дерматологии и нейрохирургии. Другой новой разработкой является микрочип «лаборатория на чипе» (lab on a chip) для проведения аксотомии у С.elegans с использованием фемтолазера. После наноразрезания нервных окончаний, иннервирующих движение назад (при сохранении способности движения вперед), показано функциональное восстановление разрезанного нервного волокна при использовании флуоресцентного белка, которым метили нейроны. Разработка этой методики позволит в будущем изучать влияние генов и лекарств на развитие и регенерацию нервной ткани.

Научной группой Рудольфа Джениша в 2007 году был проведен эксперимент, схожий с опытом Яманака: на основе фибробластов были получены iPS с помощью ретровирусного введения Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc. Было доказано, что профиль экспрессии, метилирования и состояние хроматина iPS аналогичны таковым у эмбриональных стволовых клеток. На основе iPS впервые были получены жизнеспособные химеры. В эксперименте были использованы мыши, чьи гены, кодирующие глобины, были заменены на человеческие гены, несущие мутации. У таких мышей развивалась серповидно-клеточная анемия. На основе полученных из больных мышей фибробластов были сделаны iPS, в которые добавляли «здоровые гены». Затем iPS вводили обратно больным мышам, после чего их состояние улучшалось за счет формирования миелоидных клеток из iPS. iPS могут найти применение в области лечения нейродегенеративных заболеваний, что подтверждается экспериментами по лечению болезни Паркинскона на мышиной модели заболевания. iPS, полученные на основе фибробластов с помощью введения Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc, вводили в мозг эмбриона мыши. iPS мигрировали в различные участки мозга и дифференцировались в разные типы клеток: глиальные клетки, нейроны, включая глутаматэргические, GABA-эргические и катехоламинэргические. Морфологический анализ и электрофизиологические исследования подтвердили, что привитые клетки полностью интегрировались в мозг. Удалось добиться улучшения состояния мыши с болезнь Паркинсона, которой были трансплантированы iPS, дифференцированные в допаминэргические нейроны. Об экспериментах на людях еще говорить рано, однако, перспективы использования iPS многообещающи: из фибробластов больных идиопатической формой болезни Паркинсона были получены допаминэргические нейроны. В 2008 году была разработана более эффективная и безопасная с точки зрения развития опухолей система получения iPS. Было предложено инфицировать фибробласты лентивирусами, несущими dox-индуцируемые факторы перепрограммирования. Эффективность такой системы оказалась в 25–50 раз выше, чем у ранее предложенной методики. На примере мышиной модели серповидно-клеточной анемии была впервые продемонстрирована возможность лечения генетических дефектов c помощью iPS. В будущем, возможно, удастся обойтись без доставки генов в соматические клетки для перепрограммирования. В частности, в результате скрининга различных химических соединений, было найдено вещество, аналогичное по воздействию Klf4.

Образование продуктов ускоренного гликилирования белков провоцируется гипергликемией, которая ведет к осложнению диабета. Такие продукты как N-ε-карбоксиметил лизин и пентозидин формируются как результат гликилирования и автоокисления. Противостоять гликилированию могут ингибиторы, которые благодаря нуклеофильной природе взаимодействуют в карбонильными интермедиатами и нейтрализуют их. В качестве критерия оценки ингибирования использовали концентрацию вещества, способного ингибировать на уровне 50% автокисление аскорбиновой кислоты в фосфатном буфере, которое катализируется ионами меди. В качестве ингибиторов окислительного стресса успешно использовали аминогуанидин, пиридоксамин, карнозин, феназинедиамин, OPB-9195 и тенилзетам. Ученые пришли к выводу, что миллимолярные концентрации ингибиторов в исследованиях in vitro действуют как хелатирующие агенты или ингибиторы окисления, а при терапевтических концентрациях данные вещества способны создавать защиту от последствий диабета и старения, что может быть учтено при разработке медицинских препаратов. Наиболее эффективно поперечные связи между продуктами гликилирования устранялись феноцилтиозолином и продуктами его гидролиза.

Последние исследования Анджея Бартке сосредоточены на выяснении роли сигнальных путей инсулин/IGF1 и гормона роста в механизмах старения и поиске терапевтических приемов для снижения скорости старения. Продолжительность жизни нематоды (C. Elegans), плодовой мушки (Drosophila) контролируется клеточным сигнальным путем, гомологичным сигнальному пути инсулина и IGF-1 (инсулин- подобного фактора роста1) у млекопитающих. Мутации, приводящие к уменьшению соматотрофической активности (гормона роста — ГР и/или IGF-1) и изменение передачи сигналов инсулина могут увеличить продолжительность жизни мышей. Однако весьма трудно определить роль инсулина в контроле старения млекопитающих и отделить последствия дефицита гормона роста или собственной устойчивости у долгоживущих мутантных мышей от эффектов вторичных изменений в передаче сигналов инсулина. У человека, подобно мыши, увеличенная чувствительность к инсулину и пониженный уровень инсулина уменьшают риск возрастных заболеваний и связаны с лучшей выживаемостью. Однако информация относительно генетического и гормонального контроля старения человека указывает, что некоторые, но вероятно не все взаимодействия, открытые у мышей, относятся и к нашему виду. Данные исследования важны для профилактики риска развития нежелательных последствий при различных возрастных болезнях, связанных с колебаниями уровня инсулина и чувствительности к нему. Терапия гормоном роста становится популярной и в качестве антивозрастной терапии. Контролируемые исследования эффектов применения человеческого рекомбинантного гормона роста (rhGH) пожилыми людьми без нарушений эндокринной регуляции сообщают о некоторых конституциональных улучшениях, однако свидетельствуют также о множестве нежелательных побочных эффектов, резко контрастируя с серьезным улучшением при терапии гормоном роста у пациентов с его дефицитом. Споры о потенциальной полезности гормона роста для предотвращения старческих изменений продолжаются, увеличивается количество доказательств, связывающее ГР и рак, данных о заметном увеличении продолжительности жизни ГР-резистентных и ГР-дефицитных мутантных мышей. Сохранение клеточных механизмов передачи сигналов, влияющих на старение организма от плоских червей до млекопиающих, предполагает, что, по крайней мере, некоторые из результатов, полученных на мутантных мышах, могут быть применимы к человеку. Ученые предположили, что нормальные, физиологические функции ГР в становлении развития и роста, сексуального созревания и фертильности обеспечиваются за счет последующего старения и уменьшения продолжительности жизни. Изучение этих взаимоотношений играет важную роль для терапии старения. Необходимы исследования роли активности инсулина в различных целевых органах для контроля старения человека. Естественное снижение в уровнях гормона роста во время старения, вероятно, вносит вклад в изменения конституции тела и энергетического обмена при старении, но также, возможно, играет важную роль в защите от рака и других связанных с возрастом болезней.

В процессе старения в тканях кожи увеличивается уровень матриксных металлопротеиназ и снижается уровень коллагена. Группой доктора Баролета исследовался эффект воздействия на ткани пульсирующего светоизлучающего диода («light-emitting diode (LED) treatments») с длиной волны излучения 660 нм. Эффект терапии сначала оценивали на модели культуры тканей человека, а затем у людей пожилого возраста. Было показано, что при воздействии светодиодом уровень проколлагена типа 1 в тканях возрастал на 31%, а уровень металлопротеиназы MMP-1 снижался на 18% по сравнению с контролем. Кроме того, пациенты, прошедшие данную терапию отмечали, что ихкожа становилась более эластичной, морщины уменьшались. Важно отметить, что гистологической трансформации тканей или каких-либо других негативных последствий для кожи после воздействия светодиодом не было обнаружено. Эти результаты показывают, что светодиодная терапия может стать безопасным и эффективным путем замедления старения кожи. Кроме того, открываются новые перспективы для исследований, направленных на борьбу с возрастным снижением уровня коллагена в целом.

В группе доктора Ивон Барнет исследуются возрастные аспекты старения Т- и В-клеток иммунной системы, включая исследование роли повреждений ДНК и мутаций в возрастном старении иммунитета. Доктор Барнет также сотрудничает с профессором Павелецем (Германия) в области старения Т-клеток. Пожилые люди страдают от возрастных нарушений и сбоев иммунной системы, которые уменьшают их способность адекватно реагировать на инфекции и снижают эффективность использования вакцин. Продукция антиген-специфических антител падает в пользу нарастания выработки неспецифического репертуара антител. Анализ участка CDR гена тяжелой цепи иммуноглобулина, определяющего комплементарность, показал, что у старых людей (возраст 86–94 года) происходит серьезная потеря разнообразия иммунных классов В-лимфоцитов по сравнению с контрольной группой (возраст 19–54 года). Потеря в разнообразии репертуара сопровождается клональной экспансией В-лимфоцитов, причем это строго коррелирует с состоянием здоровья индивидов. Таким образом, разнообразие В-клеток серьезно объединяется с возрастом и может служить в качестве биомаркера возрастного старения иммунной системы.

Целью исследований научной группы Густаво Бариа было изучение влияния поступающего с пищей метионина на продукцию АФК митохондриями. Метионин добавлялся в пищу крысам линии Вистар в течение 7 недель. Было обнаружено, что он вызвает гиперпродукцию АФК и «утечку» свободных радикалов из митохондрий печени, но не сердца крысы. При этом повышенный уровень повреждения мтДНК наблюдался только в печени, а изменений в концентрации 5 различных маркеров окисления белков не было обнаружено в обоих органах. Содержание митохондриальных комплексов дыхательной цепи и фактора, индуцирующего апоптоз (AIF) не изменилось, однако ненасыщенность жирных кислот снижалась. Затем авторами были получены сходные результаты для головного мозга и почек: было обнаружено, что ограничение потребления метионина 40% у грызунов (без ограничения количества потребляемых калорий) увеличивает продолжительность жизни и значительно снижает образование АФК и окислительный стресс в митохондриях головного мозга и почек, а также снижает содержание маркеров окисления в обеих тканях. 80%-ное ограничение потребления метионина снижает степень ненасыщенности жирных кислоты мембран клеток в печени крыс. Таким образом, увеличение содержания метионина в пище избирательно повышает образование АФК митохондриями и окислительное повреждение мтДНК в митохондриях печени крысы, что может служить вероятным механизмом гепатотоксичности. Таким образом, метионин — единственный пищевой фактор, ответственный за снижение продукции АФК в митохондриях. И вероятно, от него зависит эффект увеличения продолжительности жизни при ограничениях рациона.

Целью исследований Нира Барзилая является поиск биологических маркеров долголетия и идентификация генов, ответственных за долголетие человека. Исследования проводятся на генетически гомогенной популяции евреев Ашкенази, доживших по крайней мере до 95 лет и сохранивших хорошее здоровье. У детей долгожителей, имеющих болезни старческого возраста, размер частиц липопротеинов оказался меньше, чем у здоровых детей. В настоящее время доктор Барзилай проводит более детальное исследование обнаруженного явления с использованием методов генетического анализа. Другое направление исследований ученого связано с изучением генных полиморфизмов метаболизма гормона роста и инсулин-зависимого фактора роста. Исследования низших организмов (нематод и плодовых мушек) показали, что этот путь метаболизма является эволюционно одним из наиболее древних путей метаболизма, связанных с долголетием. Так, было обнаружено, что у долгожителей, а также их детей чаще наблюдается более крупный размер частиц липопротеинов высокой и низкой плотности, а также повышенный уровень липопротеина высокой плотности («хорошего» холестерина) в крови. Было обнаружено монотонное повышение частоты определенных генов с возрастом (гены транспортного белкахолестеринового эфира, CETP, аполипопротеина С-3, APOC-3, адипонектина ADIPOQ), что указывает на селективную выживаемость индивидуумов, несущих эти гены. Ограничение калорий предотвращает возрастное увеличение массы тела и задерживает начало возрастных болезней, включая диабет (1,2 типов), тогда как избыток питательных веществ приводит к тучности и неблагоприятным метаболическим последствиям. Группа Нира Барзилая искала подтверждение гипотезы о том, что субстратная чувствительность с возрастом меняется, и это могло бы связать между собой процесс старения, питательный поток и устойчивость к инсулину. Хорошо изученный путь субстратной чувствительности — биосинтетическая магистраль гексозаминов (БМГ), которая выражена во всех клетках и органах, кроме печени. Обычно, только 1% внутриклеточной глюкозы, которая преобразована во фруктозу-6-фосфат (F-6-P), входит в БМГ, и основным конечным продуктом этого пути является уридин-дифосфогкюкоза-n-ацетилглюкозамин (UDP-Glc-NAc), субстрат для большинства реакций гликозилирования. Изменения в основных носителях энергии, таких как глюкоза, свободные жирные кислоты, или аминокислоты, каждый отдельно или в комбинации, приводят к увеличению движения через БМГ. Образование большого количества UDP-Glc-NAc приводит к расширенному связанному гликозилированию нескольких факторов транскрипции, таких как SP-1.Биохимические пути, способные к «ощущению» пригодности питательных веществ, поддерживают гомеостаз и в организме в целом, и на клеточном уровне. Вероятно, клеточная устойчивость к инсулину ограничивает пригодность потока глюкозы, что может быть адаптивным ответом, регулирующим хранение и распределение питательных веществ. Исследования показали, что благоприятные воздействия ограничения калорий связаны с абсолютным числом потребляемых калорий, а не с определенным распределением макропитательных веществ (содержание в пище жиров, углеводов или белков).

Алагебриум (или ALT-711) является первым препаратом тиазолинового ряда, который вызывает разрывы поперечных сшивок между белками и борется с изменениями при старении и атеросклерозе. Группа Джоржа Бакриса, изучавшая влияние препарата на людей, сделала вывод, что он безопасен и хорошо переносится пациентами. В настоящее время алагебриум проходит клинические испытания для борьбы с сердечно-сосудистой патологией при старении. Алагебриум стимулировал артериальную пластичность у пожилых людей и улучшал состояние сердца при диастолической недостаточности.

Ученым удалось разработать методику выделения клеток предшественников и последующего выращивания из них отдельных слоев, в которых преобладали либо мышечные, либо эпителиальные клетки. Затем отдельные слои совмещались. Искусственно выращенный имплантат прикреплялся к мочевому пузырю пациентов. В течение нескольких лет, прошедших после операций, медики наблюдали постепенное улучшение состояния больных. В настоящее время ученые работают над методикой выращивания 22 типов тканей, включая кровеносные сосуды, клетки мышц и трахеи. Основные усилия ученых института направлены на преодоление таких сложностей, как риск онкогенеза при использовании эмбриональных или индуцированных плюрипотентных клеток и необходимость питания ткани при выращивании солидных органов до формирования собственных кровеносных сосудов. Задача питания, созданного в лаборатории солидного органа, до образования его собственных кровеносных сосудов, может быть решена с помощью местного обогащения ткани кислородом, который образуется в ходе реакции из химических веществ. Эти вещества могут быт инкапсулированы и доставлены в нужные участки формирующегося органа. В институте идентифицировали и охарактеризовали новый класс стволовых клеток, получаемых из амниотической (водной) оборочки плода и плаценты. Эти стволовые клетки могут дифференцироваться в различные типы клеток и не вызывают образование опухолей при трансплантации.