Биомедицина

Доктор Бласко изучает строение, регуляцию и функцию теломер, укорочение которых связано с сокращением жизнеспособности клеток, а укорочение и последующая стабилизация длины — с раковой трансформацией клетки. Раковые клетки, как правило, имеют повышенные уровни теломеразной активности, что позволяет им непрерывно поддерживать высокий пролиферативный потенциал и способность опухолей к быстрой экспансии в здоровые ткани и метастазированию. Конститутивная экспрессия ревертазного домена теломеразы (домен TERT — telomerase reverse transcriptase), имеющего активность обратной транскриптазы, в мышах с генетически индуцированной устойчивостью к раку за счет усиления экспрессии супрессоров опухоли р53, р16 и р19ARF приводила к задержке старения и удлинению средней продолжительности жизни. В лаборатории Марии Бласко было недавно установлено, что теломерные участки хромосом часто транскрибируются при участии РНК-полимеразы II, продуцируя некодирующие РНК (TERRA или TelRNA), состоящие из повторов UUAGGG. Накопление TERRA в возрастных клетках связано с укорочением теломер, что делает их информативными биомаркерами клеточного старения. TERRA являются негативными регуляторами теломеразы. Полученные результаты свидетельствуют об эффекте антистарения конститутивной экспрессии теломеразы у млекопитающих. В карциномах человека отмечены низкие уровни TERRA, что отмечает их потенциальную защитную роль против рака путем ограничения зависимого от теломераз удлинения теломер в раковых клетках.

Ингибирование пути mTOR, так же как и активация сиртуинов, FOXO, PTEN и AMPK продлевает жизнь представителям различных видов — от дрожжей до мышей. Геропротекторный эффект ограничения калорийности питания также частично объясняется ингибированием сигнального пути TOR.Во множественных доклинических исследованиях показано, что рапамицин (его мишенью является TOR) рекомендован для терапии различных возрастзависимых патологий. Это говорит о том, что это вещество обладает геропротекторным эффектом. Метформин как антидиабетический препарат, который задействован в TOR, также замедляет старение и продлевает жизнь мышам. Открыты некоторые модуляторы сиртуинов и TOR, которые являются миметиками ограничения калорий и также облегчают некоторые возрастные патологии. В Roswell Park (США) планируется провести клинические исследования рапамицина как препарата для предотвращения рака груди, появления полипов толстого кишечника, а также использование малых доз препарата для профилактики рака. Кроме того, рапамицин имеет доклинические показания к применению для большинства возрастных болезней (таких как атеросклероз, возраст-зависимая макулярная дегенерация, нейродегенерация). И сегодня есть возможность в любой момент начать вторую фазу клинических испытаний рапамицина на людях.

Бен Бест был одним из организаторов проекта криоконсервации гиппокампальной пластины (HSCP). Для работы над этим проектом был специально приглашен из Украины доктор Юрий Пичугин. Задачей проекта была витрификация (охлаждение, сопровождающееся остекленением жидкости без образования кристаллов льда) полученной из мозга крысы гиппокампальной пластины, которую охлаждали до −130С, затем нагревали и испытывали на жизнеспособность. Хотя большое внимание уделяется криоконсервации незрелых нейронов для последующей терапевтической внутримозговой трансплантации, нет никаких научных публикаций о криоконсервации частей организованной взрослой ткани мозга, представляющих потенциальный интерес для фармацевтической промышленности. Группа Пичугина сообщила о первых экспериментах по криоконсервации поперечных срезов гиппокампа зрелых крыс. Микроскопическое исследование показало серьезные повреждения в замороженных талых срезах, но ультраструктурное и гистологическое сохранение в общем оценивалось как хорошее и отличное. Результаты исследования впервые показали, что сложные нейронные сети могут быть хорошо сохранены при витрификации. В результате экспериментов была подобрана смесь веществ для витрификации, удовлетворяющая необходимым условиям по соотношению K (+) / Na (+) в тканях и вызывающая минимальные повреждения при витрификации. Эти результаты могут помочь в разработке психоневрологических лекарств и трансплантации комплексных участков мозга для лечения мозговых заболеваний или травм.

Профессор Бёрчелл с коллегами разработали модель восстановления и пересадки краниальных нервов, позволяющую улучшить двигательную иннервацию, что составляет центральную часть их программы по замене органов (в частности, гортани). Для этого используются шванновские клетки, полученные из стволовых, и факторы роста, способствующие оптимальному восстановлению иннервации. При подготовке операции по трансплантации биоинженерной трахеи сотрудники группы Мартина Бёрчелла использовали биопсию бронхиальной мукозы пациентки. В будущем в лаборатории Мартина Бёрчелла планируется: перенос трансплантации гортани на человека; разработка тканеинженерной гортани; клинические испытания по восстановлению челюстных нервов с применением нейротропина и новых пептидно-клеточных конструкций. Последующее культивирование этих клеток и подтверждение их эпителиального фенотипа позволили получить аутологичные эпителиальные клетки для дальнейшего введения в биореактор и имплантации.

Среди многочисленных функциональных и возрастных изменений, старение сопровождается увеличением воспалительных процессов в нервной системе, так же как и дисфункцией иммунной системы. Долго существовавшее мнение о том, что старение вызывает нейродегенеративные заболевания, сейчас может быть пересмотрено с позиций того, что старение — это основной фактор риска для развития таких заболеваний как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, Хаттингтона. Есть много возрастных изменений, затрагивающих мозг, ухудшающих его функции и повышающих «непрочность» системы и ее уязвимость. Ромми фон Бернхарди рассматривает старение и предвоспалительное окружение, как факторы, модулирующие фенотип микроглии и ее реактивность в развитии нейродегенеративных процессов. Другими словами, связанные с возрастом изменения микроглии, включающие цитотоксичность в противовес функциям защиты нейронов, могут запускать развитие нейродегенеративных заболеваний. Рассмотрение микроглии, как индуктора возможных нерогенеративных заболеваний может послужить основой для развития новых терапевтических подходов к этим нарушениям.

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.