Усовершенствована технология редактирования генома: исследованием занималась международная группа ученых.
В исследовании приняли участие ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно, с учеными из ПСПбГМУ им. Павлова, Университета ИТМО и Гамбургского университета. Целью работы ученых стало рассмотрение доставки к органам и тканям инструментов редактирования генома и сравнение своей разработки с имеющимися аналогами.
Исследователи разработали полимерный носитель, обладающий рядом уникальных свойств. В «универсальные контейнеры» его структуры можно загружать генетический материал разного размера и структуры: от малых интерферирующих РНК до больших матричных РНК. Ученые продемонстрировали эффективность такой доставки на стволовых клетках человека.
Технология CRISPR/Cas9 работает по принципу «молекулярных ножниц», которые важно правильно доставить клеткам, способствующим развитию болезни. Комплекс связывается с нужным участком генома, в котором белок Cas9 разрезает ДНК.
Исследователи сравнили различные методы доставки материала. Они сделали анализ по показателям эффективности редактирования, доставки и токсичности носителя.
Теперь исследователи планируют создать медицинские протоколы, которые будут внедрены в медицинскую практику.
Биологи научились следить за раковыми клетками в режиме реального времени
Американские биологи, используя технологию генного редактирования CRISPR, разработали метод отслеживания отдельных раковых клеток по мере их размножения и метастазирования в режиме реального времени. Результаты исследования опубликованы в журнале Science, передает РИА Новости.
Смертность от онкологических заболеваний в основном связана со способностью раковых клеток метастазировать — пускать корни по всему телу. При этом медикам далеко не всегда понятно, где берет начало этот процесс.
Исследователи во главе с Джонатаном Вайсманом (Jonathan Weissman), научным сотрудником Института биомедицинских исследований Уайтхеда и Медицинского института Говарда Хьюза и профессором биологии Массачусетского технологического института разработали метод определения происхождения метастатических клеток, позволяющий понять пути распространения опухоли.
"С помощью этого метода можно получить ответы на вопросы, как часто конкретная опухоль дает метастазы, откуда взялись эти метастазы и куда они уходят, — приводятся в пресс-релизе Института Уайтхеда слова Вайсмана. — Имея возможность проследить историю опухоли in vivo, можно обнаружить различия в биологии опухоли, которые иначе были бы недоступны".
Форма представления результатов нового метода очень похожа на предельно детализированные генеалогические древа, которые используют биологи-эволюционисты. Изучая их ветви, можно отследить место и время образования раковой клетки и увидеть, как она распространяла свое потомство по различным частям тела, отмечают ученые.
Для отслеживания происхождения раковых клеток авторы сравнивали общие мутации и другие вариации в схемах ДНК. Но, вместо того чтобы просто надеяться встретить маркеры-мутации, специфичные для линии клеток, они решили использовать технологию CRISPR для добавления таких маркеров.
"По сути, идея состояла в том, чтобы сконструировать клетку, имеющую геномную блокнотную ДНК, которую можно "записать" с помощью CRISPR, — объясняет Вайсман. — Эта "запись" в геноме сделана таким образом, что она становится наследуемой, то есть внучатый потомок клетки будет иметь "запись" своих родительских и прародительских клеток, записанных в его геноме".
Чтобы создать эти особые "блокнотные" клетки, авторы сконструировали раковые клетки человека, в которые добавили гены: один для бактериального белка Cas9 — знаменитых "молекулярных ножниц", используемых в методах редактирования генома CRISPR; другой — для светящихся белков, которые нужны для отслеживания клеток под микроскопом.
Затем они имплантировали мышам тысячи модифицированных раковых клеток человека, имитирующих опухоль легких. Опухоли легких часто демонстрируют агрессивные метастазы, поэтому исследователи решили, что они будут хорошей моделью для отслеживания прогрессирования рака в режиме реального времени.
Когда клетки начали делиться, Cas9 сделал небольшие разрезы в целевых сайтах. Во время ремонта разрезов клетка исправляла или удаляла несколько случайных нуклеотидов, что приводило к уникальной последовательности восстановления.
"Это совершенно новый способ взглянуть на поведение и эволюцию опухоли. Мы думаем, что его можно применить ко многим различным проблемам биологии рака", — говорит ученый
Авторы отмечают, что возможность идентифицировать гены, связанные с метастазами, поможет ответить на вопросы о том, как опухоли развиваются и адаптируются. А с терапевтической точки зрения своевременное выявление центров метастазирования позволит медикам сосредоточить лечение рака на этих местах и замедлить распространение опухоли.
Австралийские ученые нашли первый в мире биомаркер депрессии и биполярного расстройства
Ученые из Австралии научились точно определять уровень белка, который называется нейротрофическим фактором головного мозга или BDNF. Он считается ответственным за обновление нейронов и служит своего рода индикатором «здоровья» мозга. Чем ниже уровень BDNF, тем выше вероятность развития таких недугов, как болезнь Альцгеймера, склероз, а также множества психических расстройств.
Медики и раньше пытались использовать BDNF для анализа состояния мозга человека, но сталкивались с противоречивыми результатами. Сегодня уже известно, что есть несколько форм этого белка – помимо зрелой версии под названием mBDNF существует еще и версия-прекурсор proBDNF. Оказалось, что они выполняют принципиально противоположные биологические функции, поэтому тесты на уровень белка в целом не имеют смысла.
Заслуга австралийских ученых в том, что они научились различать эти версии белка и точно измерять концентрацию именно mBDNF. После открытия они провели большое тестирование с участием людей, страдающих самыми разными заболеваниями мозга и расстройствами психики. Первые же проверки показали, что уровень mBDNF никак не влияет на склонность к суициду, в чем его подозревали раньше.
А вот с биполярным расстройством и депрессией картина иная, здесь выявлена четкая корреляция с низким уровнем белка. Это проверено экспериментально, при приеме антидепрессантов уровень mBDNF вырастал, состояние пациентов тоже улучшалось. Ученые пришли к выводу, что концентрация белка в 12,4 нг/мл может служить уверенным индикатором психического нездоровья человека. Подобный простой и понятный биомаркер поможет врачам точнее ставить диагнозы.
Учёные разработали новый метод генетического редактирования CRISPR-Cas
Нидерландские учёные опробовали новый метод генетического редактирования CRISPR-Cas, который может исправлять ДНК без разрезания дефектных участков, и убедились в эффективности и безопасности данного метода. Об этом сообщает пресс-служба Университета Утрехта.
В классической технологии CRISPR специальный фермент распознает заданный фрагмент ДНК, вырезает его и предоставляет клетке самой восстановить правильную последовательность ДНК за счёт введения в клетку нужных фрагментов ДНК.
Отмечается, что новый метод был недавно разработан в США. Новый фермент CRISPR находит нужный фрагмент, но не вырезает его, а «ремонтирует» код ДНК на месте. Это является более безопасным подходом, потому что традиционный CRISPR по ошибке разрезал ДНК также в местах, похожих на заданную ему последовательность.
Испытание новой технологии проходило на кишечном органоиде — мини-кишечнике, выращенном из стволовых клеток пациентов с муковисцидозом. При этом генетическом заболевании в одном месте ДНК последовательность единиц кода (нуклеотидов A, T, G и C) располагается таким образом, что образует стоп-кодон — команду остановить производство белка CFTR.
В организме CFTR необходим для транспорта натрия хлорида и воды через клетки слизистой оболочки многих органов. Если этого не происходит, слизь в органах недостаточно увлажняется и становится жесткой. В результате различные органы, такие как легкие, поджелудочная железа и репродуктивные органы, не работают должным образом, и функция этих органов постепенно снижается. Возникает заболевание.
При испытаниях новый фермент CRISPR-Cas идентифицировал неправильный фрагмент ДНК со стоп-кодоном, разрушил нуклеотид A, так, что он стал похож на G. Клетка стала распознавать его как G и функция производства белка CFTR была восстановлена. После редактирования гена учёные не обнаружили каких-либо дополнительных повреждений ДНК в восстановленном мини-кишечнике. А значит, по мнению ученых, новая версия редактирования генов CRISPR станет не только эффективной, но и безопасной.
Учёные создали переключатель режима работы отредактированных генов
Американские учёные создали молекулярный переключатель, с помощью которого можно включать и выключать, усиливать и ослаблять работу введённого в организм гена. Об этом сообщается в статье научного журнала Nature Biotechnology.
Генная терапия является одним из самых перспективных методов лечения. Однако, до сих проблемой являлась необратимость производимых изменений. При коррекции ДНК новый ген начинал работать без остановки, вырабатывая определённые вещества.
Учёные из медицинского исследовательского центра Scripps Research научились с помощью специальной встроенной молекулы подавлять выработку веществ отредактированного гена до минимальных значений. Затем, вводя в клетки молекулы-морфолинусы, учёные контролируемо увеличивали выработку вещества до необходимых значений.
Созданная молекула-переключатель называется рибозомой и представляет собой разновидность рибонуклеиновой кислоты (РНК). Когда она копируется из ДНК в РНК, то автоматически разрезаются на 2 части. Если в рибозим включить необходимый для лечения генетического заболевания фрагмент ДНК, то при копировании он расщепится и не окажет никакого эффекта на выработку белков.
Однако если добавить РНК-подобные морфолиносы, то они заблокируют расщепление и модифицированное ДНК будет скопирован в РНК, а та начнёт вырабатывать необходимые для лечения белки.
В опытах на мышах у учёных получилось полностью остановить выработку эритропоэтина модифицированными генами, а затем увеличить его производство в клетках в 200 раз, введя соответствующие морфолиносы. Новая технология также является страховкой от неудачных воздействий генной терапии.
Ученые создали метод, повышающий эффективность редактирования генов в 5 раз
Американские учёные из Университета Иллинойса разработали метод химической стабилизации ДНК, что позволило в 5 раз повысить эффективность редактирования генов CRISPR-Cas9. Об этом сообщает Science Daily.
CRISPR-Cas9 позволяет вырезать определённый участок ДНК в генах и встроить на его место другой фрагмент. Однако до сих пор лишь в 15% целевых точек происходили необходимые генетические изменения.
Учёные выяснили, что ДНК, которые они вводят в клетки для встраивания их в ДНК, разъедаются с краёв клеточными ферментами и не доходят до ядра клетки. Учёные изменили концы ДНК, сделав их более стабильными, и тут же результат генной редакции увеличился с 15% до 65% успешных вставок ДНК.
Новый метод открывает возможность широкого применения генной редакции в клинической практике лечения больных. Кроме того, метод позволяет «пометить» любой ген, с тем, чтобы потом изучать его функции.
В Казани учёные разработали новый метод генной терапии с помощью лейкоцитов
Исследователи из Казанского государственного медицинского университета (КГМУ) разработали новый метод генетического редактирования, основанную на использовании лейкоцитов с измененным вирусами кодом ДНК. Об этом сообщает портал Indicator.
Генетическое редактирование является наиболее перспективным видом лечения, поскольку устраняет причину заболевания — генетический изъян, а не симптомы болезни, как в традиционной терапии. Однако, этот вид лечения пока очень дорог, не безопасен и имеет трудности с доставкой «здорового» генетического материала до тканей и органов.
В настоящее время для доставки генетического материала используют вирусы, которые обладают естественным механизмом внедрения генетической информации в ДНК клетки, или липосомы — пузырьки из жира.
Учёные из КГМУ научились внедрять новую генетическую информацию в лейкоциты — белые кровяные тельца. Сначала их отбирают у человека, затем с помощью искусственно созданного вируса внедряют в них нужный генетический код, а затем снова возвращают в организм. Лейкоциты легко перемещаются по кровяному руслу и проникают в разные ткани, не вызывая аутоиммунной реакции. Они передают код ДНК в клетки, а те начинают вырабатывать нужные для организма белки.
Отмечается, что учёные запатентовали новый препарат — генетически модифицированный лейкоконцентрат и приступили к испытаниям на мини-свиньях.
Напомним, ранее ИА REGNUM сообщало, что нидерландские учёные опробовали новый метод генетического редактирования CRISPR-Cas, который может исправлять ДНК без разрезания дефектных участков, и убедились в эффективности и безопасности метода.
В США одобрили первую генную терапию лейкемии
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) утвердило в среду первую в истории терапию, которая генетически изменяет собственные клетки пациента для борьбы с раком. Это — историческое событие, которое, как ожидается, позволит в ближайшие годы полностью изменить процесс лечения онкологических заболеваний.
Новый метод лечения позволяет превращать клетки пациента в «живое лекарство» и «обучать» их распознавать болезнь и атаковать раковые клетки. Эта терапия является частью быстро развивающейся иммунотерапии, которая укрепляет иммунную систему с помощью препаратов и других средств и в некоторых случаях позволяет добиться длительной ремиссии и, возможно, даже полностью избавиться от болезни.
Препарат, представленный на рынке под названием «Кимрайа» (Kymriah) и разработанный компанией Novartis, был одобрен для лечения детей и взрослых в возрасте до 25 лет, страдающих агрессивной формой лейкоза — острой лимфобластной лейкемии, при которой нарушается работа В-лейкоцитов и которая не поддается стандартным методам лечения, либо дает рецидивы. Специалисты FDA назвали эту болезнь «разрушительной и смертельной» и сказали, что новое средство терапии относится к тем, «потребность в которых на данный момент не удовлетворена».
Компания Novartis и другие фирмы активно работают над созданием средств для проведения генной терапии других видов онкологических заболеваний, и эксперты рассчитывают, что в ближайшем будущем будут одобрены и другие препараты. Уполномоченный представитель FDA доктор Скотт Готтлиб (Scott Gottlieb) заявил, что в настоящее время изучаются более 550 видов экспериментальных препаратов для генной терапии.
У данного метода лечения есть и недостатки. Поскольку у препарата «Кимрайа» могут быть побочные эффекты, представляющие угрозу для жизни, в том числе и опасное резкое снижение артериального давления, Управление требует соблюдения предосторожностей. Для проведения лечения больницы и клиники, а также врачи должны пройти специальную подготовку и получить соответствующие сертификаты. Кроме того, в этих лечебных учреждениях в наличии должен быть специальный препарат, необходимый для подавления опасных побочных реакций организма.
Препарат «Кимрайа», который будут вводиться пациентам однократно и должен готовиться для каждого пациента индивидуально, будет стоить 475 тысяч долларов. По словам представителей компании Novartis, в случае отсутствия терапевтического эффекта в течение первого месяца после введения препарата, плата с пациента взиматься не будет. Компания также заявила, что будет оказывать финансовую помощь семьям, которые не имеют медицинской страховки либо застрахованы на низкую сумму.
Обсуждая высокую цену в ходе телефонной пресс-конференции, официальный представитель компании Novartis отметил, что трансплантат костного мозга, с помощью которого в некоторых случаях можно вылечить лейкемию, стоит еще дороже — от 540 до 800 тысяч долларов.
В США кандидатами на лечение с применением нового препарата могли бы ежегодно стать около 600 пациентов — детей и взрослых в возрасте до 25 лет.
Основанием для выдачи разрешения на применения этой терапии в значительной мере стали результаты клинических испытаний, во время которых лечение новым препаратом прошли 63 тяжелобольных пациента в возрасте до 25 лет. У 83% из них в течение трех месяцев наблюдалась ремиссия. Это — высокий показатель, учитывая, что рецидивирующее или не поддающееся лечению заболевание зачастую заканчивается гибелью пациента в течение короткого срока.
Препарат изначально был разработан учеными Университета Пенсильвании, а лицензию на его производство получила компания Novartis. В предыдущих докладах препарат проходил под названиями «T-клеточная CAR-терапия (CAR-T)», «CTL019» или «тисагенлеклейсел».
Первым ребенком, прошедшим терапию с использованием нового препарата, была Эмили Уайтхед (Emily Whitehead). В 2012 году, когда она находилась на лечении в детской больнице Филадельфии, ей было шесть лет, и она умирала от лейкемии. Сейчас ей 12 лет, и уже более пяти лет она считается выздоровевшей.
«Кимрайа» является препаратом для персонизированной генной терапии — для каждого пациента он готовится отдельно. Для этого в специализированном медицинском центре у пациента берут из вены кровь, из нее выделяют белые кровяные тельца, так называемые Т-лимфоциты, замораживают их и отправляют в лабораторию компании Novartis в Моррис-Плейнс, штат Нью-Джерси. Там лейкоциты пациента генетически модифицируют, а затем культивируют, после чего снова замораживают и отправляют обратно в медицинский центр, где препарат вводят пациенту внутривенно. Для такой обработки клеток больного предположительно потребуется 22 дня.
По словам специалистов Novartis, лечение препаратом будет проводиться сначала в 20 отобранных медицинских центрах, которые должны будут пройти сертификацию в течение месяца. К концу года их количество будет увеличено до 32. В компании говорят, что в течение трех-пяти дней к работе по получению Т-клеток из крови пациентов будут готовы пять медицинских центров.
Для проведения такой терапии требуется сертификация, поскольку активизированные видоизмененные Т-лейкоциты могут вызвать в организме сильную реакцию, иногда называемую «цитокиновым штормом», который может привести к повышению температуры, резкому падению артериального давления, отеку легких, неврологическим проблемам и вызвать другие опасные для жизни осложнения. Для того чтобы правильно действовать в подобных ситуациях и сдерживать развитие этих реакций медицинский персонал должен пройти обучение. Медицинским центрам предписано перед введением «Кимрайи» обеспечить наличие препарата «Тоцилизумаб», известного также под торговым названием «Актемра», необходимого для подавления побочных реакций.
Детский онколог из онкологического центра Memorial Sloan Kettering Cancer Center, расположенного на Манхэттене, Кевин Карран (Kevin Curran) говорит, что его больница уже практически прошла сертификацию и скоро начнет проводить генную терапию с использованием препарата «Кимрайа».
«Использование этого „живого лекарства" является значительной сменой парадигмы, революцией, — говорит д-р Карран. — Это вселяет в нас огромные надежды. И это только начало».
По его словам, он надеется, что со временем подобные методики будут эффективно использоваться для лечения не только лейкоза, но и других, более распространенных видов рака.
То, что FDA одобрило терапию с применением препарата «Кимрайа», знаменует «новый подход к лечению рака и других серьезных и угрожающих жизни заболеваний», говорится в заявлении Управления. В нем также подчеркивается, что речь идет о «первой генной терапии», доступной в США.
Доктор Карл Джун (Carl June), возглавивший разработку этого метода терапии в Университете Пенсильвании, вспоминает, что в 2010 году, когда анализы показали, что через месяц после инъекции у первого пациента лейкоза нет, они с коллегами не поверили. И для полной уверенности попросили провести биопсию еще раз.
«Теперь, я должен постоянно щипать себя, чтобы убедиться, что это действительно свершилось, — говорит д-р Джун, и его голос срывается от волнения. — То, что эта терапия когда-нибудь будет одобрена для применения в коммерческих масштабах, было почти невероятным. А теперь это — первая генная терапия, разрешенная в Соединенных Штатах. Она очень отличается от всех фармацевтических моделей. Я думаю, что онкология теперь изменилась навсегда».
Новые технологии коммуникации – луч надежды для пациентов с БАС
Всего 30% пациентов с БАС соглашаются на продление жизни с помощью ИВЛ, но новые технологии коммуникации с помощью мозговых волн дают им надежду на лучшее будущее.
Новые возможности для 57-летнего пациента с БАС
В июле 2020 года в Киото двое врачей по просьбе пациентки с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) ввели ей смертельную дозу препарата. Впоследствии их действия были квалифицированы как убийство по поручению. После этого инцидента я решил создать серию репортажей о пациентах, страдающих БАС. Происшествие в Киото привлекло внимание общества к проблеме выборе между жизнью и смертью, однако данная статья посвящена другой теме – принятию решения о продлении жизни.
Пациент Ёсиока Тэцуя:
Руки уже не поднимаются, поэтому чесать голову приходится вот так...
57-летний Ёсиока Тэцуя живёт в городе Мацуэ префектуры Симанэ. Он болеет БАС почти 3 года.
БАС – это неизлечимое заболевание, сопровождающееся постепенной атрофией мышц и потерей речи. Летом 2020 года Ёсиока стал использовать компьютер в качестве средства для коммуникации.
Ёсиока Тэцуя:
Я могу просматривать сайты в Интернете, пользоваться электронной почтой и приложением LINE. Я ещё не овладел компьютером в совершенстве, я только учусь им пользоваться.
Ёсиока вводит буквы с помощью технологии, распознающей движения глаз.
–– Как самочувствие?
Ёсиока Тэцуя:
Отлично (озвучивает компьютер)
Всего 30% пациентов с БАС соглашаются на продление жизни
Через 2-4 года после начала заболевания у многих пациентов возникает потребность в аппарате искусственного дыхания. Пациенты, начавшие пользоваться ИВЛ, уже не могут жить без него дальше. Однако лишь 30% пациентов с БАС решается прибегнуть к ИВЛ ради продления жизни. Причины самые разные, но в их основе – страх и печаль от невозможности выражать свои мысли.
Ёсиока Тэцуя:
На поздней стадии болезни наступает полный паралич, даже глаза не двигаются. При этом ясность сознания сохраняется. Я испытываю ужас от мысли, что могу оказаться в таком состоянии.
Жена Томоко:
Это очень страшно.
Ёсиока Тэцуя:
Я постоянно испытываю необъяснимый страх. Чтобы избавиться от него, я выхожу на улицу, смотрю видеоролики. Но стоит остаться одному – и в голову приходят разные мысли...
«Стоит остаться одному - в голову приходят разные мысли...»
Новые технологии коммуникации с помощью мозговых волн – причина, чтобы жить дальше
Что происходит с пациентом после того, как он принимает решение о продлении жизни с помощью аппарата ИВЛ? Его ждёт полный паралич – мозг функционирует нормально, но мышцы утрачивают подвижность, теряется функция речи. Кано Наоюки, профессор факультета сестринского дела префектурального университета Симанэ, разработал приложение для пациентов с полным парезом, способное считывать мозговые волны и передавать их в форме ответов «Да» и «Нет».
Профессор Кано Наоюки (университет Симанэ)
Приложение использует 4 вида знаков, из которых двойной круг обозначает «Да», а крестик – «Нет». В устройство заложены паттерны мозговых волн, типичные для каждого ответа.
Репортёр Фудзитани Юскэ испытал аппарат на себе.
Профессор Като Наоюки:
Вас зовут Фудзитани?
Правильный ответ на этот вопрос – «да». Приложение считывает количество полученных двойных кругов и определяет ответ.
Ответ «Да» высвечивается при получении двойного круга.
Что произошло дальше?
Репортёр Фудзитани Юскэ:
Мы получили ответ «Да»! Ответ правильный!
По словам профессора Кано, в ходе экспериментов доля правильных ответов достигала 80-90%.
Профессор Кано Наоюки:
Неудивительно, что людям хочется умереть. БАС – жестокая болезнь. Но мы предоставим им устройство, позволяющее выражать свои мысли даже при полном параличе. Я хочу сделать аппарат, способный подарить этим людям ощущение радости жизни.
Цель профессора Кано – вывести аппарат в коммерческое производство. В будущем он хочет усовершенствовать устройство, сделав его беспроводным.
«Я разрабатываю беспроводную модель»
Разработка новых технологий для общения в состоянии полного пареза – луч надежды для пациентов с БАС, решившихся жить дальше.
(«Санъин Тюо ТВ»)
(Материал был опубликован в FNN Prime Online 1 ноября. С оригиналом можно ознакомиться здесь)
https://www.fnn.jp/
[© Fuji News Network, Inc. All rights reserved.]
