Биомедицина

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.

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.