Биомедицина

Один из важных факторов когнитивно-сохранного старения — целостность проводящих путей мозолистого тела, которую можно определить, например, с помощью диффузионно-тензорной томографии (DTI). Более высокая целостность мозолистого тела отчасти гарантирует более высокие познавательные и интеллектуальные способности в старости. Вместе с тем существует определенная генетическая предрасположенность, которую можно диагностировать. Так, например, известно, что наследственные аллели двух функциональных полиморфизмов гена beta (2) — адренергического рецептора (ADRB2) были связаны с более высокой познавательной способностью у 70-летних испытуемых. Также аллель гена рецептора ADRB2, характеризовавшаяся однонуклеатидным полиморфизмом, по всей видимости, соотносилась и с большей сохранностью проводящих путей мозолистого тела мозга и, как следствие более сохранным старением. Таким образом, сочетание информации, характеризующией генетические параметры человека и данные, полученные при диагностике состояний мозговых трактов, могут быть использованы, как превентивные меры для обеспечения когнитивно-сохранного старения.

Получение iPS является крайне перспективным направлением клеточной заместительной терапии, однако вызывает опасения необходимость вносить необходимые факторы перепрограммирования с помощью встраивающихся в ДНК вирусов. Удалось снизить количество необходимых факторов перепрограммирования до двух, Oct4 и Klf4, путем добавления низкомолекулярных соединений BIX-01294 and BayK8644 вместо Sox2. Было найдено низкомолекулярное соединение реверсин, способное возвращать мышиные миобласты в более примитивное мультипотентное состояние. Обработанные реверсином клетки могут быть дифференцированы в остеобласты и адипоциты. Реверсин активен в отношении многих клеточных линиий. Предполагаемым механизмом действия реверсина является ингибирование тяжелой цепи немышечного миозина II и MEK1, приводящее к изменениям в клеточном цикле и ацетилировании гистонов. Было найдено гетероциклическое соединение SC1, влияющее на самообновление эмбриональных стволовых клеток. В определенных условиях SC1 стимулирует переход в плюрипотентное состояние. С использованием SC1 были получены клетки всех трех зародышевых слоев и созданы химерные мыши. Предположительным механизмом действия SC1 является двойное ингибиривание RasGAP и ERK1. В лаборатории Шенга Динга ведется интенсивный поиск химических соединений, способных заменить факторы перепрограммирования, и альтернативных способов доставки, а также методик повышения эффективности перепрограммирования. В качестве альтернативы доставке факторов перепрограммирования с помощью вирусных векторов также было предложено вводить в клетку сами факторы. В 2008 году лаборатории Профессора Динга удалось успешно перепрограммировать клетки с помощью рекомбинантных белков.

Как правило, наследственные нейродегенеративные болезни появляются в течение пятого десятилетия жизни, тогда как внезапные (спорадические) случаи не проявляются ранее, чем в седьмом десятилетие. Сигнальный путь метаболизма Инсулин/инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1) — продолжительность жизни, метаболизм и регуляция устойчивости к стрессам — связывают нейродегенеративные процессы с процессом старения. Таким образом, хотя снижение передачи сигналов инсулина может привести к диабету, его сокращение может также увеличить продолжительность жизни и задержать начало токсического действия скопления белков. В лаборатории молекулярной и клеточной биологии Института Салька исследуется это кажущееся противоречие и определяется терапевтический потенциал управления инсулин/IGF1 сигнальным путем для лечения нейродегенеративных болезней. Недавно были показаны взаимосвязи между процессами старения и накопления токсичных белков, как общего признака нейродегенеративных болезней.

Исследовательская группа профессора Диксита из Университета Луизианы сравнивала Т-клетки, полученные от 26-месячных мышей, питание которых было ограничено, и контрольной группы. Ученые обнаружили, что первые лучше пролиферируют и экспрессируют больше интерлейкина-2. К тому же, у животных с ограниченным питанием наблюдали повышенную плотность тимусного кортекса и меньшую по сравнению с контрольной группой инволюцию тимуса. Интересным оказался тот факт, что низкокалорийное питание предотвратило возрастно-зависимое повышение экспрессии регуляторов эпителиально-мезенхимального перехода, FOXC2 и FSP-1, наряду с пониженным содержанием липидов с ткани тимуса. Они сделали вывод, что ингибирование проадипогенных путей с помощью ограничения калорийности питания может улучшать тимопоэз в ходе старения.

Обри ди Грей является разработчиком концепции SENS — «стратегии достижения пренебрежимого старения инженерными методами» (Strategies for Engineered Negligible Senescence). В качестве мишеней для воздействий выбраны именно сами повреждения, а не процессы, которые к ним приводят, в силу сложности и огромного количества этих процессов, непредсказуемости последствий таких вмешательств, а также благодаря тому, что периодическая «починка» повреждений сама по себе и будет являться решением проблемы старения. 7 типов нарушений функционирования организма:1) мутации ядерной ДНК, приводящие к различным дисфункциям органов или напрямую к раку; 2) аналогичные мутации митохондриальной ДНК;3) накопление в клетках продуктов жизнедеятельности («мусора»), неспособных повторно включиться в клеточный метаболизм;4) аналогичное накопление продуктов жизнедеятельности, но уже вне клеток;5) уменьшение в организме пула клеток некоторых тканей, имеющих ограниченную способность к восстановлению;6) появление устойчивых к смерти клеток, неблагоприятным образом влияющих на окружающую ткань;7) потеря функциональной гибкости клетками тканей под влиянием клеточного окружения. Периодическое очищение организма от накопившихся повреждений может снижать риск побочных эффектов от хронической терапии. Системный подход к решению проблемы старения по мнению доктора ди Грея заключается в необходимости «починки» 7 типов повреждений, которые накапливаются в организме человека в следствие метаболических процессов. Целью регенеративной инженерии является восстановление структурно-функционального состояния молодости, не через замедление накопления повреждений старения, но с помощью периодических удаления, восстановления, замещения или обезвреживания этих факторов, до того как они будут способны перерасти в патологию.

Ученые предложили два способа решения этой проблемы. Первый подход. На поверхность Т-клеток «навешивают» новый химерный рецептор. Он имеет внешнюю структуру, подобную антителам и цитозольный (внутриклеточный) домен, который передает сигнал внутрь Т-клетки. Эта конструкция может перенаправлять Т-клетки in vitro и заставлять их атаковать опухоли. Второй подход. Т-клетки могут быть изменены для экспрессии естествененого гетеродимера αβTCR, распознающего клетки опухоли. В первом клиническом испытании были созданы Т-клетки, на поверхности которых был TCR, специфичный к гликопротеину 100 (gp100). Пациенту, больному меланомой, сделали одну инъекцию этих Т-клеток с примесью IL-2. Целью этого метода лечения была возможность генерировать дополнительные рецепторы, с помощью спаривания трансгенных и естественных TCR цепей. При этом токсичных побочных действий не наблюдалось. Однако, исследования показывают, что уровень экспрессии gp100-специфичных TCR падает, что может снижать авидность TCR и таким образом минимизировать эффекторные функции. Другое важное ограничение этого метода-то, что каждый TCR является определенным для данного комплекса пептид-МНС. Пересадка Т-лимфоцитов успешно применяется в различных клинических случаях иммунодефицитов и опухолей. Однако, в тех случаях, когда опухоль бедна антигенами, этот метод лечения не так эффективен. Перспективные направления терапии, основанной на пересадке измененных иммунных клеток — создание Т-клеток, нечувствительных к ВИЧ. Преклинические испытания указывают на возможность такого лечения, но безопасность этого подхода еще предстоит установить.

С помощью ингибирования ряда генов интерферирующими РНК группой Джонсона были открыты три новых киназы, необходимые для активации SKN-1. В условиях окислительного стресса SKN-1 перемещается в ядро клетки и там активирует транскрипцию ряда генов, которые кодируют белки, принимающее самое непосредственное участие в защите от активных форм кислорода. Открытые исследователями киназы MKK-4, IKKe-1, NEKL-2, PDHK-2 необходимы для того, чтобы фактор SKN-1 переместился в ядро. Ингибирование двух из этих киназ приводит к укорочению длительности жизни нематод и увеличивает их чувствительность к окислительному стрессу.

Группа Дина Джонса изучала образование митохондриями супероксида при апоптозе, а также антиоксидантные функции глутатиона в пигментном эпителии сетчатки при окислительном повреждении и защитную роль аскорбата при гипероксии в легких. Возраст-зависимая дегенерация сетчатки является одной из основных причин потери зрения. Ученые обнаружили, что оксиданты индуцируют апоптоз в эпителии сетчатки путем активации проницаемости митохондрий. Последние данные многоцентрового испытания с использованием антиоксидантов также показали, что уровень глутатиона в плазме снижается при старении. Кроме того, было доказано, что окисление глутатиона связано с повышением риска развития заболевания сетчатки. Исследования in vitro на пигментных клетках сетчатки в культуре показали, что введение определенных веществ в рацион увеличивает уровень глутатиона и снижает окислительные повреждения. Кроме того, научная группа Дина Джонса показала, что аскорбат и глутатион защищают первичные культуры клеток легкого от апоптоза. Таким образом, вмешательства, направленные на поддержание уровня глутатиона, могут быть полезны для предотвращения возраст-зависимой дегенерации сетчатки.

Исследования группы Джэймса Джозефа показали, что пищевые антиоксиданты — вещества, способные снизить токсическое действие окислительного стресса на нервную ткань (например, полифенолы, обнаруженные в чернике) могут замедлить и нейродегенеративные изменения, снижение познавательной активности и моторного дефицита. Кроме того, полифенолы способны индуцировать повышение гиппокампальной пластичности. Исследования группы Джэймса Джозефа показали, что добавление крысам в пищу экстракта черники способствовало увеличению нейрогенеза у старых крыс. Более того, старые крысы, получающие рацион с полифенолами, показали лучшие способности к обучению. Таким образом, в эксперименте на животных было продемонстрировано, что пищевые антиоксиданты могут улучшать мыслительную деятельность.

Эксперименты группы доктора Джина показали, что в результате блокировки генов аутофагии atg7и atg12 интерферирующими РНК уменьшается продолжительность жизни нематод как дикого, так и мутантного типа. Таким образом была подтверждена роль аутофагии в регуляции старения. Для опытов были выбраны нематоды дикого типа, а в качестве контрольной группы использовались нематоды-мутанты, у которых процесс аутофагии был нарушен. При введении червям интерферирующих РНК было показано, что продолжительность жизни нематод дикого типа значительно снизилась — до 9 дней, в то время как продолжительность жизни нематод мутантного типа уменьшилась совсем немного — до 14 дней. Помимо изучения влияния блокировки генов на аутофагию в лаборатории изучают влияние аутофагии на продолжительность жизни. Известно, что генерация поврежденными митохондриями активных форм кислорода является одной из основных причин старения. Поврежденные митохондрии уничтожаются в процессе аутофагии, поэтому нарушения аутофагии ведут к выделению АФК и к старению, поскольку дефектные митохондрии выделяют вещества, которые вызывают апоптоз клетки. Сейчас ученых интересует, каким образом при аутофагии уничтожаются дефектные митохондрии, и как уничтожение дефектных митохондрий влияет на старение.