Globalne trendy biotechnologiczne

Gwałtowny rozwój nowoczesnej biotechnologii jest w kilku kluczowych obszarach, z których każda osiągnęła już obiecujące wyniki.

Medycyna regeneracyjna: ze sztucznej skóry do łat dla serca

Znamiennym przykładem biotechnologii jest znalezienie biomarkerów we wczesnej diagnostyce nowotworów złośliwych

Rozwój technologii medycyny regeneracyjnej jest jednym z najbardziej palących problemów współczesnej nauki. Operacja przeszczepu dawstwo narządów wiąże się ryzyko odrzucenia oraz liczbę pacjentów wymagających takiego leczenia, jest zawsze znacznie przekracza pojemność klinikach. Pierwszy jest zwrócenie uwagi na tworzenie różnych podstawników skóry, które są stosowane w klinice do leczenia oparzeń lub przewlekłego uszkodzenia skóry. Postępy w tej dziedzinie pozwalają korzystać przeszczepy skóry zawierających genetycznie zmodyfikowanych komórek. To sprawia, że ​​możliwe jest wyeliminowanie wad genetycznych, w celu poprawy ich wszczepienie nawet stworzyć system syntezy hormonów, niezbędnych dla organizmu.

Sztuczne zbiorniki utworzone z ich własnych komórek nabłonka naczyń krwionośnych i następnie zapadania w organizmie substratów syntetycznych, już zaczynają być stosowane w praktyce klinicznej. Ich główną zaletą jest to, że po sztucznym degradacji podłoża, ciało zastępuje własne zdrowe komórki. Podobne rozwiązania stosowane są również w zawale bioinżynierii tkankowej.

Leków z naturalnych źródeł

Zdolność żywych organizmów do syntezy biologicznie aktywnych stereoizomerów często sprawia, że ​​są one niezbędne, a jedynym źródłem cząsteczek organicznych. Ocenia się, że specjaliści w Stanach Zjednoczonych, około 50 procent leków stosowanych w chemioterapii są pochodne składników ekstraktów roślinnych. W większości przypadków, substancje biologicznie czynne są syntetyzowane przez rośliny wtórnych metabolitów - związki o niskiej masie cząsteczkowej, które zapewniają ochronę rośliny przed patogenami i szkodnikami. Mimo, że ma więcej niż 50 charakteryzuje tysyach metabolity wtórne, stanowi tylko około dziesięć procent wydajności biosyntezy roślin. Poza tym rośliny substancje biologicznie czynne syntetyzowany i gromadzony w bakterii, grzybów, owadów organizmów morskich, a nawet płazów. Nowoczesne programy badawcze Drug Discovery obejmują równoczesne zautomatyzowanego zestawu testowego ekstraktów na obecność różnorodnych działań biologicznych. Tak więc stwierdzono silne związek przeciwnowotworowy: taksol z kory cisów.

Wideo: W Astanie zaprezentowali najlepsze światowe standardy technologii i biotechnologii rolniczej

Często poziom cenną substancją w instalacji jest bardzo niska, a chemiczna synteza - zbyt skomplikowane. Na przykład, aby zaspokoić roczne potrzeby rynku taksol musiałby wyodrębnić kory kilkuset tysięcy drzew! W tym przypadku, badacze wstępnie ustalić biosyntezy cząsteczek enzymów w komórki, po czym wydzielono (sklonowanego), geny kodujące poszczególne enzymy i ich optymalizacji. Wreszcie, gen otrzymany wprowadza się do odpowiedniego systemu biologicznego do wytwarzania cennych substancji. Jaskrawym przykładem tego rozwoju było nabycie przeciwmalaryczne artemisininu w drożdżach terpenowe.

Przeciwciała dostarczania leku bezpośrednio do guza

Dostawa leków bezpośrednio do guza pozwala wzmocnić efekt działania leku oraz w celu zminimalizowania niepożądanych skutków ubocznych dla innych tkanek i narządów

Dostawa leków bezpośrednio do guza pozwala wzmocnić efekt działania leku oraz w celu zminimalizowania niepożądanych skutków ubocznych dla innych tkanek i narządów. Zwykle stosuje się do tego, przeciwciała monoklonalne lub ich fragmenty specyficzne dla różnych typów nowotworów. W tym momencie na rynku istnieje wiele rodzajów przeciwciał skondensowane (sprzężony) o różnych leków: związki cytotoksyczne, toksyny (zwłaszcza pochodzenia grzybowego) lub radioizotopów. Zaletą tej ostatniej dostarczane jest radionuklidy, które mogą nawet zniszczyć komórki nowotworowe zawierające na powierzchni trochę kotwice antygeny. Z drugiej strony, tego typu koniugatów mają wyższe ryzyko uszkodzenia zdrowych tkanek. Terapia fotodynamiczna - metoda leczenia nowotworów, co umożliwia zniszczenie chorej tkanki, bez uszkodzenia zdrowych. Pod wpływem światła wcześniej niereaktywnym substancji leczniczej jest aktywowany i niszczy otaczającej tkanki.

Wśród najnowszych osiągnięć w tej dziedzinie powinien zauważyć, układ fototoksyczne do dostarczania białka do guzów stosując fragmenty przeciwciał. Jako środka światłoczułego, naukowcy wykorzystali red fluorescent protein «KillerRed» - «Czerwony killer„. Część transportu struktury odpowiedzialnych za dostarczanie „Red killer” do docelowego - złośliwości z komórek białko jest fragmentem przeciwciała 4D5 i jest szeroko stosowana w wielu klinicznych immunoterapii nowotworów.

Leczenie chorób genetycznych

Do tej pory, terapia genowa jest szybki rozwój dziedziny biotechnologii i jest uważany za potencjalnie ogólnego podejścia do leczenia szerokiego zakresu warunków: dziedziczone nowotwory i nawet zakaźne.

układy wektorów w oparciu o genom wirusa elementów przeznaczonych do leczenia chorób nowotworowych, umożliwiając gen zabójca podawać bezpośrednio do nowotworu, w wyniku których sam zaczyna produkować białka cytotoksyczne

Różne nośniki stosowane do dostarczania materiału genetycznego do komórek człowieka i jego integracji z genomem na przykład sztuczne nanocząstek liposom kationowy lub emulsji. W leczeniu raka rozwinięty system wektora opartego na elementach genomu wirusów, które umożliwiają wprowadzenie genu zabójcy bezpośrednio do nowotworu, w wyniku których sam zaczyna produkować białek cytotoksycznych.

W listopadowym numerze «Nauka» czasopisma, to było zgłaszane pomyślne zastosowanie terapii genowej w leczeniu Adrenoleukodystrofia (śmiertelne choroby neurodegeneracyjne). Wadliwego genu do komórek macierzystych szpiku kostnego u pacjentów z normalnym zastąpiono kopii, po czym komórki zostały zwrócone do ciała. W tym celu opracowano nowy wektor do przenoszenia materiału genetycznego do komórki człowieka i jego włączenia. Naukowcy „rozbrojony” przez wirusa ludzkiego niedoboru odporności, usuwając wszystkie geny, pozostawiając tylko powłokę, zdolną do wnikania do komórki. W nim umieszcza się DNA zawierający prawidłową sekwencję genu i pomóc zintegrować z chromosomem. Naukowcy uważają, że stworzyli cząstki wektorów opartych HIV może służyć jako uniwersalny nośnik dla różnych genów.

Dekodowanie genomu w ciągu jednego dnia

Nowoczesne programy badawcze genomu stymulowały rozwój szybkich, dokładnych i wydajnych metod analizy kwasów nukleinowych - sekwencjonowanie

Nowoczesne programy badawcze genomu stymulowały rozwój szybkich, dokładnych i wydajnych metod analizy kwasów nukleinowych - sekwencjonowanie. Celem tej analizy jest uzyskanie informacji na temat lokalizacji sekwencji każdego z czterech rodzajów nukleinowych w cząsteczce długim DNA. Sekwencja ta jest z kolei określa się sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka kodowanego przez DNA w tej części, a więc i właściwości enzymu.

technikę sekwencjonowania pierwotnie zakłada kompleksową chemicznej modyfikacji DNA za pomocą etykiet radioaktywnych. Nowoczesne metody sekwencjonowania, stosując łańcuchową reakcję polimerazy oraz radioaktywne są zastąpione fluorescencyjny. Zautomatyzowane sekwencery są w stanie jednocześnie analizować setki próbek DNA i wykonać 24 testów dziennie. Żele elektroforezy nie przechodzi, w ultracienkich kapilar, co może znacznie zwiększyć prędkość i czułość testu.

Alternatywą dla tego sposobu jest to niedawno opracowana metoda „sekwencjonowania przez syntezę” lub pirosekwencjonowania. W czasie łączenia jeden z czterech możliwych nukleotydów do rosnącego łańcucha DNA (komplementarnego do łańcucha głównego) specjalne enzymu lucyferazy przekazuje sygnał świetlny. Jeśli dokładnie których nukleotydy są obecne w roztworze w momencie sygnału wiesz, to jest możliwe ustalenie kolejności ich przystąpienia. W wyniku tego naukowcy wykrywa połączenie 25 milionów zasad z dokładnością do 99 procent w ciągu czterech godzin.

Advances in zrozumienia którego geny i kodowane białka są odpowiedzialne za choroby, pozwala wybrać zakres leków jest znacznie bardziej skuteczna, aby poradzić sobie z określoną dolegliwości, zamiast poszczególnych leków

Wideo: [Otus] Victoria Coren - Otus Szkoła Letnia - 2016

Leczenie ciężkiej choroby - atak na wiele celów

Strategia nowoczesnego leczenia najpoważniejszych chorób obejmuje jednoczesne wpływ na wiele celów, - etapy cząsteczkowe rozwoju procesu chorobowego. Advances in zrozumienia którego geny i kodowane białka są odpowiedzialne za choroby, pozwolą wybrać szereg leków jest znacznie bardziej skuteczna, aby poradzić sobie z określoną dolegliwości, niż poszczególne produkty.

Najbardziej uderzającym przykładem leczeniu konkretnej choroby w podobny sposób - terapii zakażenia HIV. Obecnie, leczenie zakażeń HIV, zaleca się stosowanie kombinacji inhibitorów HIV, składający się z co najmniej trzech leków działających na różne enzymy wirusa blokujących odpowiednio różne etapy zakażenia wirusowego. Takie podejście pozwala znacznie przedłużyć życie pacjentów zakażonych HIV - AIDS w Stanach Zjednoczonych przeniósł z kategorii nieuleczalne liczby chorób przewlekłych. Obecnie wśród naukowców nie ulega wątpliwości fakt, że skuteczne leczenie raka, zbyt, będą oparte na jednoczesnym odbiorem leków działających na różnych elementach komórek rakowych. Terapia Multitargetnaya jest wykonalne i obiecuje nie tylko ze względu na jego skuteczność w zwalczaniu nowotworów, ale także szans na pokonanie raka odporność komórek na różnych leków, co jest jednym z najważniejszych zadań terapii przeciwnowotworowej.

Ze względu na swoje właściwości komórek macierzystych od kilku dekad jest jednym z najbardziej zaawansowanych urządzeń technologii medycznej

komórek macierzystych - lekarz w pacjenta

Komórki macierzyste - mainstream komórek progenitorowych, które dają podstawę do wszystkich narządów i tkanek organizmu. Ich zadaniem - odbudowa obszarów uszkodzonych lub martwych.

Film: Nowa rzeczywistość, a nie kryzys! światowe trendy

Ze względu na swoje właściwości komórek macierzystych od kilku dekad jest jednym z najbardziej zaawansowanych urządzeń technologii medycznej. traktują szerokiego zakresu chorób - łuszczyca i choroby wieńcowej na choroby genetyczne i przeszczepów narządów (patrz przykłady w innych częściach tego artykułu). Ostatnie postępy w terapii komórkowej obejmują rozwój metod stymulacji komórek macierzystych do różnicowania się w konkretnym typie tkanki bezpośrednio do ciała pacjenta. Naukowcy nauczyli się, jak stymulować szpik kostny (powstaje normalnych komórek progenitorowych krwi), aby zwolnić dwa inne rodzaje komórek macierzystych (zdolnych do redukcji, w tym chrząstki, kości i naczyń krwionośnych). Naukowcy przewidują najszerszą perspektywę jego metody: pacjent ma atak serca lub złamania przyjęty do szpitala, otrzymuje lek, który stymuluje jej komórek macierzystych, po czym są one same zaangażowane w „Napraw” uszkodzonych narządów.

Geny do syntezy w przemyśle farmaceutycznym

Szybki wzrost rynku białek farmaceutycznych i rozwój różnych systemów ekspresji genu heterologicznego spowodowała zapotrzebowanie na tanie i dokładnych metod syntezy kwasu nukleinowego. Przeprowadzone w ciągu ostatniej dekady, rozwój przyczynił się do zwiększenia efektywności protokole syntezy 5-7 tysięcy czasu i obniżenie kosztów o ponad 50 razy (a zatem zwiększając dokładność procesu). Do chwili obecnej wiele firm Biotechnology dostarczenie usług do automatycznej syntezy sekwencji genowych kodujących białka farmaceutyczne przystosowane do biotechnologicznych systemów ekspresyjnych. Średni koszt syntezy wynosi około 0,4 dolarów na parę.

Farmakogenetyka jest jednym z poprzedników osobistej (indywidualnej) medycyny, w której paradygmat „jeden lek na wszystko” zastępuje się wyrazami „właściwego leku dla każdego pacjenta”

Właściwa leków - dla każdego pacjenta

W opisie wszystkich nowoczesnych środków farmakologicznych według informacji na temat działań niepożądanych i ewentualne reakcje alergiczne. Oznacza to, że dany metaboliczny genetyczny od niektórych liczba pacjentów nie pozwala im właściwie metabolizować substancje, które składają się na lek. Na przykład, o pięćdziesiąt procent osób z astmą nie uzyskać zwolnienie ze stosowania leków na astmę lub tej klasy. Farmakogenetyka jest jednym z poprzedników osobistej (indywidualnej) medycyny, w której paradygmat „jeden lek na wszystko” zastępuje się wyrazami „właściwego leku dla każdego pacjenta.” Oznacza to, że pacjenci, w zależności od ich genetycznych i epigenetycznych (nieokreślony przez geny) funkcje zostaną pogrupowane tak, że lekarz był w stanie przewidzieć charakterystykę choroby i zastosować odpowiednie leczenie przy minimalnym ryzyku i skutków ubocznych.

Wideo: El'konin Boris Danilovich - „Globalne trendy w rozwoju oraz kształcenia”

W najprostszym przypadku, jeden gen może brać udział w reakcji organizmu na lek. Po zidentyfikowaniu niepożądany wariant (allel) można zoptymalizować leczenia dla poszczególnych grup pacjentów. Szczególnie ważne są badania dotyczące terapii nowotworowej. Leki przeciwnowotworowe, z jednej strony, mają wysoką toksyczność, z drugiej - terapii nieskuteczny lek może prowadzić do tragicznych skutków. Dlatego badania farmakogenetyczne dostosuje terapię dla pacjentów z „nieudanym” wariant genu poprzez zmianę dawki lub jego wymianę.

Uważa się, że większość leków, interakcje z cząsteczkami białek. Dlatego kompleksowe badanie spektrum białek może przyspieszyć rozwój nowych narzędzi diagnostycznych i terapeutycznych

Proteomika - kluczem do rozpoznania

Proteomiki badający metabolizm białek w organizmie żywym; ich reakcji syntezy i rozkładu. Często można zobaczyć połączenia między choroby i zmiany widma lub charakterystyki białek syntetyzowanych przez organizm. Uważa się, że większość leków, interakcje z cząsteczkami białek. W związku z tym szczegółowe badanie spektrum białek może przyspieszyć rozwój nowych środków diagnostycznych i terapeutycznych.

Znamiennym przykładem jest lista biomarkerów we wczesnej diagnostyce nowotworów złośliwych. Do tej pory, w trakcie badań w różnych laboratoriach na całym świecie zidentyfikowano szereg nowych białek, które służą jako biomarkerów guzów nowotworowych o różnej lokalizacji. Ważnym aspektem jest rozwój złożonych paneli biomarkerów, które umożliwiają bardziej niezawodnie wykryć obecność choroby. Oprócz nowotworów złośliwych aktywnego badano biomarkerów układu sercowo-naczyniowego, przewodu pokarmowego, płuc i wielu innych chorób.

Yuri Shelud'ko