Globální trendy biotechnologické

Rychlý rozvoj moderních biotechnologií je dodáván v několika klíčových oblastech, z nichž každá již dosáhla slibné výsledky.

Regenerativní medicína: z umělé kůže záplaty pro srdce

Pozoruhodným příkladem biotechnologie je nalézt biomarkery pro časnou diagnostiku zhoubných nádorů

Vývoj technologie regenerativní medicíny je jedním z nejnaléhavějších problémů moderní vědy. transplantace provoz dárcovství orgánů znamenat riziko odmítnutí, a počet pacientů v případě potřeby takové léčby, je vždy značně převyšuje kapacitu klinikách. Prvním z nich je na vědomí vznik různých substituentů na kůži, které jsou používány v klinické praxi k léčbě popálenin nebo chronické poškození kůže. Pokrok v této oblasti umožňují použít kožní štěpy, které obsahují geneticky modifikované buňky. To umožňuje eliminovat genetické defekty, s cílem zlepšit jejich přijetí štěpu, a dokonce vytvořit systém pro syntézu hormonů potřebných pro tělo.

Umělé nádoby vytvořené z vlastních buněk vaskulárního epitelu a následně padá v těle syntetických substrátů, se již začíná využívat v klinické praxi. Jejich hlavní výhodou je, že po umělém degradaci substrátu, tělo nahradí vlastní zdravé buňky. Podobné přístupy jsou také použity v tkáni myokardu bioinženýrství.

Léky z přírodních zdrojů

Schopnost živých organismů syntetizovat biologicky aktivní stereoizomery často činí nezbytným a jediným zdrojem organických molekul. Odborníci Odhaduje se, že ve Spojených státech asi 50 procent léků používaných při chemoterapii jsou deriváty složek rostlinných extraktů. Ve většině případů, biologicky aktivní látky syntetizované rostliny jsou sekundární metabolity - sloučeniny s nízkou molekulovou hmotností, které poskytují ochranu rostlin proti škůdcům a patogenům. I když to má více než 50 vyznačující se tím tysyach sekundární metabolity, to představuje pouze asi deset procent biosyntetické schopnosti rostlin. Kromě rostlin biologicky aktivní látky syntetizovat a akumuluje v bakterií, hub, mořských živočichů, hmyzu a dokonce i obojživelníků. Moderní výzkumné programy Drug Discovery zahrnovat souběžné automatické testovací sada extraktů na přítomnost nejrůznějších biologických aktivit. Tak bylo zjištěno, silnou protinádorovou sloučeninu: taxolu z kůry tisu.

Video: V Astaně představili nejlepší světové standardy zemědělských technologií a biotechnologií

Často je úroveň cenný látky v rostlině je extrémně nízká, a chemická syntéza - příliš složité. Například, aby vyhovovaly roční potřeby trhu v taxolu by musel získat kůru několik set tisíc stromů! V tomto případě, výzkumníci nejprve zjistit drah enzym biosynthesy molekul v buňce, potom izoluje (klonovaný) geny kódující příslušné enzymy a optimalizovat. Nakonec se získaný gen se zavede do vhodného biologického systému pro výrobu cenné látky. Pozoruhodným příkladem tohoto vývoje bylo získání malárii artemisininu kvasinek terpenu.

Protilátky dodávat léčivo přímo do nádoru

Dodávka léků přímo do nádoru umožňuje zvýšit účinek léku a minimalizovat nežádoucí vedlejší účinky na jiných tkáních a orgánech

Dodávka léků přímo do nádoru umožňuje zvýšit účinek léku a minimalizovat nežádoucí vedlejší účinky na jiných tkáních a orgánech. Obvykle se používá pro tento účel, monoklonální protilátky nebo jejich fragmenty, které jsou specifické pro různé typy nádorů. V současné době na trhu existuje několik typů protilátek, fúzované (konjugovaný) s různými léky: cytotoxických látek, toxiny (zejména houbového původu) nebo radioizotopy. Výhodou posledně uvedené se dodává radionuklidy, které mohou dokonce zničit nádorové buňky, které obsahují na svém povrchu trochu kotvy antigeny. Na druhou stranu, tento typ konjugátů mají vyšší riziko poškození zdravé tkáně. Fotodynamická terapie - metoda léčby nádorů, což umožňuje zničit nemocné tkáně bez poškození zdravé. Pod vlivem světla dříve nereaktivním léčivé látky, se aktivuje a ničí okolní tkáně.

Mezi poslední vývoj v této oblasti by mělo být poznamenáno, fototoxický systém pro dodávání proteinu do nádoru s použitím protilátkových fragmentů. Jako fotoaktivní agens, použili vědci červený fluorescenční protein «KillerRed» - «Red Killer„. Dopravní část struktury odpovědné za poskytování „červené killer“ do cílové - buňky zhoubného bujení je proteinový fragment protilátky 4D5, je široce používán v celé řadě klinických imunoterapii nádorů.

Léčba geneticky podmíněných chorob

K dnešnímu dni, genetické terapie je rychle se rozvíjející oblasti biotechnologie a je považován za potenciálně univerzální přístup k léčení široké škály stavů: zdědil, rakoviny a dokonce i infekční.

Vektorové systémy založené na virových genomu prvků určených pro léčbu rakoviny, která umožňuje vrah gen podávány přímo do nádoru, které vedou v sobě začne produkovat cytotoxické proteiny

Různé nosiče se používají pro dodávání genetického materiálu do lidských buněk, a její integrace do genomu, například umělá liposomové nanočástic nebo kationtové emulze. Pro léčbu rakoviny vyvinut vektorového systému na bázi virového genomu prvky, které umožňují zavést killer genu přímo do nádoru, což má za následek v sobě začne produkovat cytotoxické proteiny.

V listopadovém čísle «Věda» časopisu bylo oznámeno úspěšné použití genové terapie pro léčbu adrenoleukodystrofie (smrtelná neurodegenerativní onemocnění). Defektního genu do kmenových buněk kostní dřeně pacientů bylo nahrazeno normálním kopií, načež byly buňky vrací zpět do těla. Za tímto účelem jsme vyvinuli nový vektor pro přenos genetického materiálu do lidských buněk a jeho začlenění. Vědci „deaktivován“ virem lidské imunodeficience, odstranění všech genů, takže jen plášť, který je schopen proniknout do buňky. V něm byl umístěn DNA obsahující správnou sekvenci genu a pomoci integrovat do chromozomu. Vědci se domnívají, že se vytvořil vektorové částice HIV založeny, může sloužit jako univerzální nosič pro různé geny.

Dekódování genomu v jednom dni

výzkumné programy Moderní genomu stimulovaly vývoj rychlých, přesných a účinných metod pro analýzu nukleových kyselin - sekvenční

výzkumné programy Moderní genomu stimulovaly vývoj rychlých, přesných a účinných metod pro analýzu nukleových kyselin - sekvenční. Účelem takové analýzy je získat informace o umístění sekvence každého ze čtyř typů nukleobází v dlouhé molekuly DNA. Tato sekvence je zase určuje pořadí aminokyselin v molekule proteinu kódovaného DNA v této části, a tedy i vlastnosti enzymu.

Sekvenování technika původně předpokládalo komplexní chemickou modifikaci DNA za použití radioaktivní značky. Moderní metody sekvencování s použitím polymerázové řetězové reakce a radioaktivní značky jsou nahrazeny fluorescenční. Automatizované sequencery jsou schopny současně analyzovat stovky vzorků DNA a provést 24 testů za den. Elektroforéza gely neprojde, a v ultratenkých kapilár, které mohou významně zvýšit rychlost a citlivost testu.

Alternativou k tomuto způsobu je nově vyvinutá metoda „sekvencování syntézou“ nebo Pyrosequencing. V době, kdy spojení jeden ze čtyř možných nukleotidů do rostoucího řetězce DNA (komplementární k hlavnímu řetězci) zvláštní enzymu luciferázy tvrdí světelného signálu. Máte-li přesně vědět, které nukleotidů jsou přítomny v roztoku v době signálu, je možné určit pořadí jejich přistoupení. Výsledkem je, že výzkumní pracovníci mohou detekovat spojení 25 milionů bází s přesností 99 procent po dobu čtyř hodin.

Pokroky v chápání, které jsou zodpovědné za onemocnění geny a jejich kódované proteiny umožní vybrat řada léků je mnohem účinnější vyrovnat s konkrétním onemocněním, spíše než jednotlivých drog

Video: [Otus] Victoria Coren - Otus Summer School - 2016

Léčba závažné onemocnění - útok na více cílů

Strategie moderní léčby nejzávažnějších onemocnění zahrnuje simultánní vliv na několik cílů - molekulární fázích vývoje patologického procesu. Pokroky v chápání, které jsou zodpovědné za onemocnění umožní zvolit řadu léků geny a jejich kódované proteiny je mnohem efektivnější, vyrovnat se s konkrétním onemocněním, spíše než jednotlivé produkty.

Nejvýraznější příklad léčbě konkrétní choroby v podobným způsobem - léčby infekce HIV. V současné době se k léčení infekce HIV, doporučuje se použití kombinace inhibitorů HIV, který se skládá nejméně ze tří léků, které působí na různých enzymů viru, blokování, respektive různé etapy virové infekce. Takový přístup umožňuje významně prodloužit život pacientů infikovaných HIV - AIDS ve Spojených státech přesunuta z kategorie nevyléčitelná počtu chronických onemocnění. V současné době je mezi vědci nepochybují skutečnost, že úspěšná léčba rakoviny také bude založen na současný příjem léků působících na různé prvky rakovinných buněk. terapie Multitargetnaya je proveditelné a slibné to nejen z důvodu jeho účinnosti v potlačování nádorů, ale i možnosti, jak překonat odpor rakoviny buněk na různých léků, což je jeden z nejdůležitějších úkolů protinádorové terapii.

Vzhledem ke svým vlastnostem kmenových buněk pro několik desítek let je jedním z nejmodernějších lékařských technologických zařízení

Kmenových buněk - lékař v těle pacienta

Kmenové buňky - hlavního proudu progenitorové buňky, které vedou ke vzniku všech orgánů a tkání těla. Jejich úkolem - obnova poškozených nebo mrtvých oblastí.

Video: Nová realita, a ne krizi! globální trendy

Vzhledem ke svým vlastnostem kmenových buněk pro několik desítek let je jedním z nejmodernějších lékařských technologických zařízení. Chovají se širokou škálu nemocí - lupénky a ischemickou chorobu srdeční ke genetickým chorobám a transplantacích orgánů (viz příklady v dalších částech tohoto článku). Nedávné pokroky v buněčné terapii zahrnují vývoj kmenových způsobů stimulace buňky k diferenciaci na určitý typ tkáně přímo do těla pacienta. Vědci se naučili, jak stimulovat kostní dřeň (který produkuje normální předek krvinky), aby uvolnili další dva typy kmenových buněk (které jsou schopné snížit, včetně chrupavky, kosti a krevní cévy). Vědci předpovídají nejširší perspektivu jeho metodu: pacient má srdeční infarkt nebo zlomeninu přijat do nemocnice, obdrží lék, který stimuluje jeho kmenové buňky, po kterém oni jsou sami zapojeni do „opravy“ poškozených orgánů.

Syntéza geny pro farmaceutický průmysl

Rychlý růst na trhu farmaceutických proteinů, a vývoj různých systémů pro expresi heterologních genů způsobil poptávku po levných a přesných metod pro syntézu nukleových kyselin. Provedeny v posledních deseti letech, vývoj přispěl ke zvýšení efektivity protokolu syntézy 5-7 tisíc čas a snížit náklady o více než 50 krát (čímž se zvyšuje přesnost procesu). K dnešnímu dni mnoho biotechnologické společnosti poskytují služby automatické syntéze genových sekvencí kódujících farmaceutické proteiny, přizpůsobené pro biotechnologické expresních systémech. Průměrné náklady syntézy je asi 0,4 dolarů za pár.

Farmakogenetika je jedním z předchůdců osobní (individuální) medicíny, ve kterém je paradigma „jeden lék pro všechny“ nahrazují slovy „na pravé léku pro každého pacienta“

Správné léky - pro každého pacienta

V popisu každého moderního farmakologických činidel současné informace o jejích vedlejších účincích a možné alergické reakce. To znamená, že určité genetické metabolické od některých počet pacientů neumožňuje správně metabolizovat látky, které tvoří drogy. Například o padesát procent lidí s astmatem nedostanou úlevu od užívání antiastmatika nebo danou třídu. Farmakogenetika je jedním z předchůdců osobní (individuální) medicíny, ve kterém je paradigma „jeden lék pro všechny“ nahrazují slovy „na pravé lék pro každého pacienta.“ To znamená, že pacienti, v závislosti na jejich genetické a epigenetické (není určena geny), bude funkce seskupeny tak, aby lékař byl schopen předpovědět vlastnosti nemoci a použít vhodnou léčbu s minimálním rizikem a vedlejších účinků.

Video: El'konin Boris Danilovich - „Globální trendy v oblasti vzdělávání a vývojové vzdělávání“

V nejjednodušším případě, jeden gen může být zapojen v odpovědi organismu na léky. Po určení nežádoucí variantu (alela) může optimalizovat terapii pro jednotlivé skupiny pacientů. Zvláště důležité jsou studie k léčbě rakoviny. Antineoplastická léčiva, na jedné straně, mají vysokou toxicitu, na druhé straně - terapii neúčinný lék může vést k tragickým důsledkům. Proto bude farmakogenetické studie upravit terapie pro pacienty s „neúspěšné“ varianty genu změnou dávkování nebo jeho nahrazení.

Předpokládá se, že většina léčiv v interakci s molekulami bílkovin. Z tohoto důvodu, komplexní studie spektra proteinů může urychlit vývoj nových diagnostických a terapeutických nástrojů

Proteomika - klíč k diagnóze

Proteomika studují metabolismu proteinů v živém těle: jejich syntéza a reakce rozkladu. Často lze vidět spojení mezi choroby a změny spektra nebo charakteristik proteinů syntetizovaných v těle. Předpokládá se, že většina léčiv v interakci s molekulami bílkovin. Z tohoto důvodu, komplexní studie spektra proteinů může urychlit vývoj nových diagnostických a terapeutických činidel.

Pozoruhodným příkladem je seznam markerů pro včasnou diagnostiku zhoubných nádorů. K dnešnímu dni, v průběhu výzkumu v různých laboratořích po celém světě identifikovali řadu nových proteinů, které slouží jako biomarkery rakovinných nádorů různého lokalizace. Důležitým aspektem je vývoj složitých panelů markerů, které umožňují více spolehlivě zjišťovat přítomnost onemocnění. Kromě zhoubných nádorů aktivně studoval biomarkery kardiovaskulární, plicní, gastrointestinální a mnoho dalších nemocí.

Yuri Shelud'ko