База данных исследований по борьбе со старением

С помощью технологии создания нанопористых силиконовых структур возможно получать нанопоры различного диаметра с различными сорбционными свойствами поверхности для эффективного удаления белков с высокой молекулярной массой, а также для концентрации низкомолекулярных белков в биологических жидкостях. На основе этих результатов ученые группы Феррари предполагают, что такой подход будет способствовать разработке индивидуальной стратегии подбора лекарств, которые прицельно воздействуют на механизмы динамики белков во время инфекции. Также будут возможна оценка токсичности и эффективности лекарственных средств в режиме реального времени, а также модуляции проводимой терапии с учетом изменения динамики белков. Другой разработкой является фундаментальная мультистадийная нановекторная технология для направленной терапии новообразований таких, как рак молочной железы, придатков, кишечника и т. п. в системах in-vitro и in-vivo на животных. Мультистадийность представляет собой различные этапы проникновения препарата через биологические барьеры: кровеносные сосуды опухоли > ткани опухоли > различные компартменты раковых клеток (цитоплазма, ядро). Эта разработка прошла успешную апробацию для детекции белков ВИЧ в сыворотке крови. Таким образом, создана нановекторная технология преодоления биологических барьеров организма для доставки лекарств в опухолевые ткани.

Клетки взаимодействуют с внеклеточным матриксом через интегрины — поверхностные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. Если аксон должен регенерироваться в условиях повреждения ЦНС, он нуждается в том, чтобы на его поверхности были интегрины, взаимодействующие с матриксом. Ученые группы Джеймса Фаутсета предложили метод экспрессии alpha9 интегрина, который взаимодействует с тенасцином (представленном в большом количестве в поврежденной ЦНС) и большинством гликопротеинов матрикса. Результаты показали, что alpha9 интегрин экспрессирован на сенсорных нейронах, поэтому они сильно реге-нерируют в ответ на тенасцин в культуре ткани. В похожих результатах in vivo регенерация аксонов под действием alpha-9 интегрина выше, чем в контроле, но это различие не такое сильное, как при воздействии in vitro. Ученые уверены, что такой эффект получается из-за присутствия в ЦНС ингибиторов. Таким образом, alpha 9 интегрин повышает рост нейронов в ответ на тенасцин-С и улучшает регенерацию чувствительных аксонов.

Исследователи в лаборатории Кристи Уолтер выясняют репаративную активность ферментов в тканях мышей разного возраста. Так, изучая половые (сперматогониальные) клетки трансгенных мышей, они обнаружили повышение частоты мутаций при старении животного. Кроме того, у молодых мышей значительно лучше работают ферменты репарации. Сходный эффект имеет место и для человека. Исследование ядерных экстрактов сперматогониальных клеток молодых мышей, мышей среднего возраста и старых особей показало снижение активности репаративных ферментов с возрастом. Самая высокая активность ферментов репарации показана для половых клеток, клеток Сертоли(соматические клетки, расположенные в извитых канальцах семенников млекопитающих). Тимоциты, клетки тонкого кишечника и печени тоже обладают высокой активностью этих ферментов. Самая низкая активность обнаружена в мозге. Причем, наиболее активным в мозге и печени оказался фермент ДНК-лигаза I. При этом активность восстанавливается при добавлении ДНК-гликозилазы и ДНК-лигазы, полученных из клеток молодых особей.

Ученые группы Элисон Виллинг изучили возможность трансплантация моноцитов для восстановления после нейральной или сердечно-сосудистой ишемии. Моноциты/макрофаги играют ключевую роль в воспалительных процессах, включая ангиогенез (формирование сосудов), так как выполняют защитную функцию при микробиальной или иммуномодуляторной активности. Недавние исследования показали регуляторную активность моноцитов/макрофагов в ишемизированной ткани, опухоли, и областях хронического воспаления. Они обладают для этого рядом серьезных преимуществ: не онкогенны и не тератогенны, секреция проангиогенных факторов и факторов роста, простой способ получения клеток, нет этических проблем. Кроме периферической крови и костного мозга, потенциальным источником аутологичных и аллогенных моноцитов/макрофагов может стать и пуповинная кровь. В связи с этим моноциты/макрофаги должны рассматриваться как очень важная область клеточной терапии.

Ученые группы Фионы Уатт показали, что количество и функции эпидермальных стволовых клеток не изменяется с возрастом, и что местное окружение (ниша) и системные факторы влияют на старение кожи и активность стволовых клеток. Это связано с уменьшенной экспрессией гена Igfbp3 в дерме. С возрастом экспрессия этого гена уменьшается практически в 5 раз, что напрямую влияет на пролиферативную способность эпидермиса. Это было доказано с использованием нокаутных мышей. Таким образом, была показана прямая зависимость стволовых клеток от их ниш, и исследован молекулярный механизм, контролирующий активность эпидермальных стволовых клеток.

Доктор Тюссо выдвинул гипотезу о том, что в клетках, подвергнутых сублетальному воздействию стресса, должны вырабатываться биомаркеры клеточного старения. В своих ранних исследованиях в начале 90-х он обнаружил, что обработка фибробластов человека сублетальными дозами этанола и бутилгидропероксида вызывала появление типичных морфологических признаков клеточного старения. Сходные изменения происходили при обработке клеток перекисью водорода. Также было показано, что длительная и повторяющаяся обработка клеток провоспалительными цитокинами (IL-1α, TNFα, TGFβ1) также вызывала появление биомаркеров старения. Протеомный анализ позволил выявить несколько десятков белков, включая аннексин А2, IGFBP-3, кавеолин-1, гемоксигеназа-1, IL-1α и т. д., экспрессия которых была существенно выше в стареющих фибробластах. Группа доктора Тюссо также принимала участие в общеевропейском проекте GEHA (GEnetics of Healthy Aging), цель которого состояла в картировании генов, участвующих в регуляции продолжительности жизни, у европеоидов. В митохондриальной ДНК была найдена мутация С150Т, влияющая на эффективность окислительного фосфорилирования, и показано, что у пожилых людей происходит накопление митохондриального варианта 150Т, связанного со сниженной эффективностью работы дыхательной цепи митохондрий. Был найден локус на хромосоме 11, сцепленный с долголетием, который содержал целый ряд потенциальных генов-кандидатов «долголетия», включая гены сиртуина-3 (SIRT3), инсулина (INS), тирозингидроксилазы (TH), инсулиноподобного гормона роста-2 (IGF2) и протоонкогена HRAS1.

В группе исследователей под руководством профессора Пентии Туохимаа (Pentii Tuohimaa) проводятся работы по изучению влияния метаболизма витамина D на процессы старения и развитие связанных с возрастом заболеваний. Клинические данные показывают, что недостаток витамина D (3) связан с увеличенным риском некоторых заболеваний ЦНС, включая рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера и Паркинсона, сезонные эмоциональные расстройства и шизофрению. В соответствии с этим, в последних исследованиях на животных и исследованиях с участием людей было выдвинуто предположение, что недостаток витамина D приводит к неправильному развитию и функционированию ЦНС.Ученые группы Пентии Туохимаа исследовали взаимосвязь старения и нарушения гормональной функции метаболизма витамина D (3) у мышей с удаленным геном рецептора этого витамина. Мышей содержали на специальной поддерживающей диете и анализировали их рост, состояние кожи и морфологию мозжечка, и общую двигательную активность. Также анализировалась экспрессия связанных со старением генов, таких как Fgf-23, ядерного фактора kappaB (NF-kappaB), p53, инсулин подобного фактора роста 1 (IGF1) и IGF1 рецептора (IGF1R) — в печени, klotho — в печени, почке и тканях простаты. Эксперименты выявили у мышей несколько связанных со старением фенотипов: более плохое выживание, раннее облысение, утолщение кожи, увеличение сальных желез, развитие эпидермальных кист, снижение с возрастом экспрессии всех генов, в том числе генов, связанных со старением. В целом, нарушения баланса в системе кальциферола, по-видимому, служат причиной нарушений функционирования ЦНС, включая преждевременное старение. Результаты исследований показали, что генетическое удаление гена рецептора витамина D(3) вызывает преждевременное старение мышей и что гомеостаз витамина D(3) регулирует физиологическое старение.

Несколько лет назад в лаборатории доктора Тревиса был клонирован один из генов цикла родопсина, кодирующий АТФ-связывающий кассетный переносчик (ABCR). Мутация в человеческом гене ABCR вызывает наследственную детскую слепоту, называемую болезнью Стадгардта. В настоящее время в лаборатории изучается молекулярная этиология болезни Стадгардта и разрабатывается рациональная фармакологическая терапия этого заболевания. Мыши с нокаутной мутацией в гене abca4 в больших количествах аккумулируют токсичные липофусциновые пигменты в эпителии сетчатки. Обработка этих мышей фенретинидом, ингибитором транспорта витамина, А в ткани глаза, блокировала образование этих токсичных пигментов. Ученые выдвигают гипотезу о том, что дополнительное получение витамина, А с пищей может ускорять образование липофусцина у мышей линии abca4(-/-). В эксперименте были использованы мыши дикого типа и мутантные мыши, которых содержали на нормальном и обогащённом витамином, А рационах. В результате было обнаружено, что у мышей дикого типа и линии abca4(-/-), получавших богатую витамином, А пищу, содержание липофусцина в эпителии сетчатки были значительно выше, чем в контрольных группах. Таким образом, витамин, А не должен применяться при лечении пациентов с мутациями ABCR4, или страдающих от других заболеваний, связанных с накоплением липофусцина в эпителии сетчатки.

Группа Тодда Траппе изучает изменения в структуре, функциях и биохимии коллагена в соединительной ткани мышц в процессе старения. Исследования на животных показали, что при старении и длительной неподвижности в соединительной ткани мышц увеличивается содержание коллагена, накапливаются гидроксилизилпиридинолиновые сшивки и продукты неэнзиматического гликозилирования. Исследования для человека впервые провела группа Тодда Траппе. После биопсии соединительной ткани мышц тренированных и нетренированных мужчин и женщин разного возраста удалось измерить концентрацию коллагена, коллагеновых сшивок и продуктов неэнзиматического гликозилирования. Среди людей, ведущих пассивный образ жизни (как мужчин, так и женщин) изменений концентрации коллагена и гидроксилизилпиридинолиновых сшивок с возрастом не наблюдалось. Однако отмечалось увеличение количества неэнзиматических сшивок при старении (на 200%). Также было показано, что в соединительной ткани мышц нетренированных людей вне зависимости от пола количество продуктов неэнзиматического гликозилирования увеличено, тогда как концентрации коллагена и гидроксилизилпиридинолиновых сшивок остаются неизменными. Изучение механизмов неэнзиматичекого гликозилирования в соединительных тканях мышц поможет понять причины старения и дисфункции скелетной мускулатуры.

Получившиеся после перепрограммирования клетки обладали нормальным кариотипом, в них была выявлена теломеразная активность, детектированы поверхностные антигены и маркеры, характерные для эмбриональных стволовых клеток. Было доказано, что получающиеся таким образом клетки, могут дифференцироваться во все три зародышевых слоя. Это было сделано на примере одного из самых распространенных наследственных неврологических заболеваний — спинально-мышечной атрофии. При этой болезни происходит избирательная потеря двигательных нейронов, ведущая к мышечной слабости и параличу. От пациента были взяты фибробласты, на основе которых получены iPS. Получившиеся клетки имеют тот же генотип, что и пациент, их можно длительное время поддерживать в культуре, и такие клетки могут быть дифференцированы в двигательные нейроны с признаками патологии. Таким образом, iPS могут стать прекрасной моделью для изучения наследственных и других заболеваний. В лаборатории Джеймса Томпсона было показано, что для перепрограммирования можно использовать несколько иной набор факторов, а именно Oct4, Sox2, Nanog и Lin 28. Было показано, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут быть использованы для моделирования заболеваний человека. Также Томпсоном с соавторами была разработана новая система доставки факторов перепрограммирования в клетки с помощью oriP/EBNA1 эписомального вектора. Преимуществом такого способа является возможность бесследного удаления внесенных генов после перепрограммирования.