База данных исследований по борьбе со старением

Основное направление работы Роберта Фрейтаса — разработка моделей медицинских нанороботов для диагностики, ремонта поврежденных тканей, клеток и органов (в том числе после криоконсервации), анализа и корректировки ДНК, уничтожения бактерии и вирусов. Современные технологии позволят создать такое производство в течение ближайших 15–20 лет. По мнению Роберта Фрейтаса, максимальный размер устройства не должен превышать 1×1×3 микрона (без двигательных жгутиков). Молекулярное производство с помощью нанотехнологий позволит решить проблему лечения и восстановления любого организма на молекулярном уровне. Также эта технология позволит создавать искусственные клетки крови, или клетки с новой функциональной особенностью (например, respirocytes, который поможет человеку дышать под водой отказаться от антибиотиков при лечении любых инфекционных заболеваний, вылечить рак и залечить любые раны, заменять хромосомы, и таким образом избавлять от генетических заболеваний. Нанороботы позволят убирать накопленные дефекты в организме, которые приводят к старению человека, и существенно продлевать молодость и жизнь человека.

Под руководством доктора Гарольда Франча были исследованы пути разрушения белков, подавляемые при развитии диабета, в том числе и шаперон-зависимая аутофагия. Значительная часть белков, жизненно-необходимых для нормального функционирования почек, содержат в себе пентапептид KFERQ и, как следствие, являются прямыми мишенями для шаперон-зависимой аутофагии (ШЗА). Также мишенями для ШЗА являются некоторые сигнальные пептиды, холинкиназа и фосфотидилхолин трансфераза, участвующие в синтезе фосфолипидов. Нарушения в деградации таких белков может приводить к развитию диабетической реакции. Действительно, как было показано на больных диабетом крысах, происходит существенное изменение функциональной активности аппарата ШЗА. Так, протеолитическая активность в клетках больных мышей снижается на 41%, содержание белков в клетке, несущих мотив KFERQ, возрастает на 38%. Параллельно с этим в клетках больных животных снижается содержание LAMP2A и hsc73 на 25 и 81% соответственно. Таким образом, одним из механизмов, запускающих развитие приобретенного диабета, является нарушение в нормальном функционировании аппарата шаперон-зависимой аутофагии.

Основным направлением исследований Клаудио Франчески является роль иммунной функции в возникновении рака и при старении человека. Изучение долгожителей, которым удалось избежать рака и болезней сердца является одним из перспективных подходов в этом направлении. Клаудио Франчески и его научные коллеги исследовали, почему некоторым людям удается дожить до 100 лет, и при этом не заболеть раком. Они проанализировали роль хронического воспаления, а также фактора IGF-1 и супрессора рака p53 у долгожителей. Оказалось, что у долгожителей наблюдается повышенная активность таких противовоспалительных цитокинов, как IL-10 и TGF-beta, а также пониженный ответ на IGF-1. При этом и воспалительная реакция и ответ на IGF-1 влияют на активность супрессора рака p53. В настоящее время Клаудио Франчески является одним из ведущих исследователей в Европейском проекте «Генетика здорового старения в Европе» (GEnetics of Healthy Aging, GEHA). Этот проект включает в себя 24 организации из стран Европы плюс Пекинский институт генома в Китае. Задачей проекта является поиск генов, ответственных за здоровое долголетие. Ученые предполагают, что существуют особые генетические варианты супрессора рака p53, которые приводят к долголетию, защищая людей от рака.

Ремиелинизация — процесс восстановления поврежденных миелиновых оболочек на аксонах. Это один из удачных примеров возможной регенерации зрелого мозга с участием мультипотентных/стволовых клеток и клеток-предшественников. Этот процесс может быть с высокой эффективностью применен для лечения таких болезней как рассеянный склероз и в экспериментах для исследования регенеративной способности ЦНС. Однако ремиелинизация может не произойти, например, при множественных склеротических изменениях, приводящих к нарушению проводимости сигнала по аксону и в конечном счете к аксональной потере. Подобно другим регенеративным процессам эффективность ремиелинизации уменьшается с возрастом (у мужчин быстрее, чем у женщин). Было показано, что возрастное снижение способности к ремиелинизации происходит из-за ухудшения пополнения стволовых клеток и клеток предшественников и, что более значимо, их дифференцировки в ремиелинизующие олигодендроциты. Эти события коррелируют с возраст-зависимыми изменениями воспалительной реакции на демиелинизацию аксонов и профилями экспрессии некоторых сигналов (например, таких как фактор роста) вовлеченных в ремиелинизацию. Изучение процессов контроля ремиелинизации на локальном и системном уровне позволит использовать ремиелинизацию в качестве терапевтического подхода для лечения многих нейродегенеративных заболеваний.

Габор Форгач — один из ведущих учёных проекта Organ Printing. Значительная часть его работ посвящена изучению физических механизмов, лежащих в основе биологической самоорганизации, в частности — самосборки клеточных структур. Концепция тканевой текучести, впервые предложенная гипотезой дифференциальной адгезии Малколма Стейнберга, была экспериментально подтверждена в работах Габора Форгача и составила молекулярную основу для технологии биопечати. Именно благодаря поверхностному натяжению тканей и способности клеток одного типа склеиваться в сфероидные структуры стала возможной трёхмерная печать живых тканей особыми «чернилами» — микросферами, содержащими 10–40 тысяч клеток. Было установлено, что при такой «биопечати» клетки каждого типа перемещаются в нужное место для построения ткани и органа, форма которых определяется расположением частиц матрицы («биобумаги»). Однако использование биосовместимых матриц биоинженерии, наряду с положительными результатами может приводить к возникновению ряда нежелательных проблем. Так, иммуногенность матриц, скорость их деградации и токсичность продуктов, образование фиброзной ткани при деградации, взаимодействие с соседними тканями и др. могут влиять на отдаленные результаты трансплантации и прямо воздействовать на биологические функции биоинженерной ткани. Особенно критичны свойства экстраклеточного матрикса (коллаген, эластин) при моделировании сосудистых тканей. Проблема создания искусственных кровеносных сосудов малого диаметра с механической прочностью, сравнимой с прочностью нативных сосудов, остается одной из сложных проблем тканевой инженерии. С этой целью была разработана технология, использующая агарозные стержни как строительные блоки формы, заполняемой тканевыми сфероидами или цилиндрами. Послойное расположение агарозных стержней и стандартных многоклеточных структур (сфероидов или цилиндров) позволяет точно регулировать диаметр отверстия, толщину стенки и узор разветвлений сосудов. Весь процесс, включая удаление агарозных стержней, проходит в автоматическом режиме и позволяет получать как однослойные, так и двухслойные сосудистые трубки. Такой подход дает возможность исключить многие проблемы, связанные с присутствием экзогенных материалов и имеет ряд преимуществ. Так как получаемые конструкции создаются только из клеток, достигается высокая клеточная плотность, что приближает свойства этих биоинженерных сосудов к нативным. Кроме того, при использовании в качестве «биочернил» многоклеточных цилиндров сокращается время созревания, и уточняются формы конечных структур. Важным достижением Габора Форгача с коллегами является применение метода биопечати для реконструкции бескаркасных кровеносных сосудов, позволяющего получать сосуды разного диаметра и формы, необходимые для трансплантации. Следующим этапом биопечатания должно быть создание сложных разветвленных макро- и микрососудистых систем с диаметром от 300 микрон и толщиной стенки от 100 микрон, подходящих для клинической имплантации.

Исследователи ведут поиск способов разработки фармакологиче-ских препаратов, использование которых даст возможность отделять молекулы белков и сахаров для разрушения перекрестных связей. Возможно, что в перспективе белок сможет восстанавливаться и возвращаться к своему нормальному состоянию, что отменит негативные эффекты гликации. Создание таких лекарств позволит уменьшить количество конечных продуктов гликирования в тканях.

Группа Луиджи Фонтана исследует, каким образом серьезное ограничение калорий, диета на основе растений, а также упражнения на выносливость влияют на сердечно-сосудистые функции, воспаление, иммунитет, устойчивость к глюкозе, метаболизм костей и качество жизни. Группа Луиджи Фонтана изучала, как потеря веса с помощью ограничения калорий и физических упражнений влияет на диастолическую функцию. В течение года ограничение калорийности и физические упражнения вызвали 12-процентную потерю веса у здоровых, не полных (индекс массы тела= 23.5–29.9 kg/m2) мужчин и женщин в возрасте 50–60 лет. Результаты медицинского обследования (регистрация транс-митрального потока Допплера и отображение ткани Доплера) показали, что это благотворно отразилось на функциях сердца. Группа Луиджи Фонтана также исследовала влияние ограничения калорий и физических упражнений на факторы риска коронарных болезней сердца. Факторы риска коронарной сердечной болезни увеличиваются с повышением веса тела. Результаты экспериментов группа Луиджи Фонтана показали, что потеря жира, вызванная отрицательным балансом энергии, улучшает все метаболические факторы риска коронарной сердечной болезни. При этом риск коронарной сердечной болезни снижался вне зависимости от того, чем был вызван отрицательный энергетический баланс — ограничением калорийности или физическими упражнениями.

Его научные интересы сосредоточены преимущественно в области исследований возраст-зависимых нарушений нервной ткани, в том числе болезни Альцгеймера, молекулярных основ старения, а также влияния экологической обстановки на старение как индивидуума, так и популяции в целом. В настоящее время под руководством доктора Финча осуществляются следующие проекты:1. Роль прогестерона при старении мозга и болезни Альцгеймера. Проект предусматривает экспериментальное изучение in vivo и in vitro способа взаимодействия прогестерона с нейронами и глией при старении и развитии болезни Альцгеймера. В частности, показано, что увеличение количества старых астроцитов ведет к снижению выживаемости стволовых клеток нейронов.2. Изоформы АроЕ в эволюции диеты и долгожительства человека от шимпанзеподобных предков.3. Создание коллекции образцов ДНК племени Цимане. Племя Цимане живет в джунглях Амазонии в условиях высокой инфицированности окружающей среды и недостатка некоторых физиологически важных компонентов питания. Проект направлен на изучение влияния окружающей среды на темпы старения организма.4. Изучение роли загрязнения воздуха при развитии болезни Альцгеймера. Исходя из анализа данных по городу Мехико (Мексика) следует, что даже у молодых людей, проживающих в урбанизированных условиях, наблюдаются нарушения микроглии и астроцитов, накопление амилоида бета-42/альфа-синуклеина. Полностью оградить человека от всех факторов, стимулирующих проявление связанных с возрастом изменений в организме, вряд ли возможно. Но смягчить эти проявления можно и разработка способов такого смягчения является достойной целью для исследователей.

Работа лаборатории Торена Финкела сосредоточена на изучении роли активных форм кислорода (АФК) как внутриклеточных сигнальных молекул. Свободные радикалы, как известно, участвуют в развитии ряда патологических состояний, от старения до атеросклероза. Однако мало известно о том, как в клетках происходит регуляция синтеза АФК, таких как супероксид и пероксид водорода. Недавно было обнаружено, что перенос активированного гена ras в первичные фибробласты при помощи ретровирусов значительно ускоряет старение клеток. Финкел с коллегами использовали эту in vitroсистему для выявления медиаторов опосредованного Ras старения. Они показали, что экспрессия гена ras вызывает возрастание продукции внутриклеточных и, в особенности, митохондриальных АФК. Финкел с соавторами показали также, что при помещении клеток в среду с низким содержанием кислорода (т. е. среду, в которой угнетается образование АФК — например, 1%) ras не способен вызывать повышение уровня ингибитора циклин-зависимых киназ p21 и активировать программу запуска старения. При нормальных условиях (20% кислорода) нейтрализаторы супероксида не оказывают влияния на вызываемое ras старение, однако оно предотвращается при добавлении нейтрализаторов пероксида водорода. В других экспериментах Финкел с соавторами показали, что воздействие гомоцистеина на культивируемые эндотелиальные клетки значительно увеличивает скорость старения. При исследовании длины теломер они обнаружили, что гомоцистеин в два раза увеличивает потерю длины теломерами в популяции клеток. Однако эти эффекты снимаются при добавлении нейтрализатора пероксида — каталазы. Хроническая обработка клеток гомоцистеином повышает экспрессию двух мембранных молекул, участвующих в развитии сосудистых болезней, при этом уровень их экспрессии коррелирует со степенью эндотелиального старения. Кроме того, было обнаружено, что способность гена ras вызывать остановку роста клеток и старение, частично ингибируется совместной экспрессией гена rac1. Эти результаты свидетельствуют, что в нормальных диплоидных клетках белок ras регулирует синтез оксидантных молекул, а повышение уровня внутриклеточного H2O2представляет собой критический сигнал для запуска репликативного старения. Таким образом, гомоцистеин ускоряет кле-точное старение окислительно-зависимым способом. Кроме того, можно заключить, что хронический окислительный стресс в сосудах может ускорять старение и что старение эндотелиальных клеток может предшествовать развитию атеросклероза.

При старении существенно активируются воспалительные цитокины: Интерлейкин-6 (IL-6), фактор некроза опухолей TNF-a, IL-1.В то же время происходит уменьшение в крови уровня гормона тестостерона. В работе доктора Ферруччи была исследована популяция из 473 пожилых мужчин и проанализированы взаимодействия между уровнем тестостерона и IL-6. Была обнаружена обратная зависимость между уровнем тестостерона и рецептором IL-6, увеличивающим активность самого цитокина IL-6. При этом не было обнаружено связей с другими маркерами воспаления. В других лабораториях были получены данные о связи повышенной экспрессией IL-6 с возраст-обусловленной катарактой, а также связи увеличения риска смертности в группе пожилых людей и повышением уровня IL-6. Таким образом можно заключить, что повышение активности IL-6 связано не с воспалительными процессами (поскольку другие маркеры воспаления «молчат»), а с возраст-зависимыми изменениями.