Блог новостной категории

Видео: Лечение рака вирусами и нано-гранатами; редактирование генома; улучшение памяти; сканирование мозга

40 Новости аватар-технологий

Вы смотрите #40 выпуск Дайджеста новостей аватар-технологий. Каждую неделю мы рассказываем о важных событиях, произошедших в сфере технологий искусственного тела, кибермедицины, робототехники, био- и нанотехнологий.

В этом выпуске: противораковый препарат на основе генетически модифицированного живого вируса; "нано-бомбы", способные доставлять лекарства прямо в раковую опухоль и "взрываться" в ней под воздействием вырабатываемого раковыми клетками тепла;

1) Контролирующие органы США одобрили к применению новый эффективный противораковый препарат, созданный учеными на основе генетически модифицированного живого онколитического вируса герпеса. Новый препарат под названием – Imlygic поможет тем пациентам со злокачественной меланомой, чьи опухоли не представляется возможным удалить хирургически путем полностью.

При направленном попадании в ткани опухоли Imlygic постепенно уничтожает их клетка за клеткой. Клинические испытания, по результатам которых медики смогли вынести окончательный вердикт, проводились при участии более 400 пациентов с метастатической меланомой.

По результатам экспериментов, более чем у 16% испытуемых, получивших новый препарат, злокачественное новообразование заметно уменьшилось в размере. Отмечено также уменьшение размеров лимфатических узлов.

Конечно, этот вирус - не панацея от рака. В среднем, курс этого лекарства стоимостью в 65 000 долларов продлевает жизнь пациенту, страдающему от злокачественной формы меланомы, всего на 4 месяца. Но получив официальное разрешение от госорганов, эта методика открывает возможности для развития других убивающих рак вирусов.

2) А британские медики разработали особые "нано-бомбы", способные доставлять лекарства прямо в раковую опухоль и "взрываться" в ней под воздействием вырабатываемого раковыми клетками тепла.

Костас Костарелос из Манчестерского университета (Великобритания) и его коллеги создали "тепловые гранаты" на базе липосом – микроскопических шариков жидкости, окруженных "наноброней" из синтетических жировых молекул, которые постепенно распадаются при попадании в организм. Манчестерские медики поменяли структуру липосом таким образом, что их стабильность начала зависеть от температуры окружающей среды. Если жидкость остается холоднее 42 градусов, жировые шарики сохраняют стабильность почти неограниченное время. Если их нагреть до этой точки, они почти мгновенно распадаются и выбрасывают содержимое наружу.

Это исследование показало, что ученые могут создавать липосомы, которые будут уничтожать раковые клетки и сохранять здоровые клетки в неповрежденном виде.

3) Исследователи из центра нейронаук при Университете Западной Вирджинии разработали носимое сканирующее мозг устройство, которое может создавать изображение мозга с высоким разрешением по время движения человека.

Новый подход называется амбулаторная микродоза позитронно-эмиссионной томографии (AMPET) и основывается на технологии позитронно-эмиссионной томографии (PET). Американские ученые создали кольцо из датчиков, которые располагаются вокруг головы пациента и в настоящее время положены в основу портативных ПЭТ-сканеров.

Моделирование показало, что новое устройство превосходит по чувствительности обычный ПЭТ-сканер на 400%. Он также требует гораздо меньшей дозы излучения.

Эта разработка будет полезна в широком спектре научно-исследовательских приложений, в том числе для изучения таких расстройств, как инсульт, болезни Альцгеймера и Паркинсона, рассеянный склероз и травматическое повреждение мозга.

4) Поддержанный Биллом Гейтсом биотехнологический стартап Editas Medicine начнет клинические испытания технологии направленного редактирования генома человека уже в 2017 году.

Компания планирует корректировать ошибки в генах, вызывающие наследственные заболевания человека. Для испытаний специалисты выбрали одну из форм редкого заболевания глаз — амавроз Лебера, при котором происходит отмирание светочувствительных клеток сетчатки вплоть до полной потери зрения. Это нарушение встречается всего у одного новорождённого из 80 тысяч, однако оно удачно подходит для лечения генной терапией.

Во-первых, уже известен дефект в определенном гене, вызывающий болезнь, а во-вторых, глаз — достаточно удобный орган для доставки препарата. Терапия будет представлять собой инъекцию в сетчатку / раствора модифицирующих вирусов, которые запрограммированы на выполнение инструкций по производству компонентов CRISPR. Таким образом из гена CEP290 в фоторецепторах сетчатки ученые собираются удалить около тысячи нуклеотидов, после чего он должен начать функционировать нормально.

Разработка и клинические испытания подобной терапии требуют значительных средств. В августе Editas получила 120 миллионов долларов от частных инвесторов.

5) Две группы исследователей, финансируемые Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA), представили свои разработки по улучшению памяти у людей. Обе технологии сейчас проходят испытания на больных эпилепсией с уже имплантированными электродами.

В первом исследовании, проведенном под руководством Теда Бергера из Университета Южной Калифорнии, двенадцати испытуемым предъявляли фотографии, а затем просили вспомнить их – с перерывом до 90 секунд. В это время исследователи записывали активность CA3 и СА1 полей гиппокампа, принимающих участие в формировании долго- и кратковременной памяти. На основе этих записей был разработан алгоритм, предсказывающий по активности клеток в СА1 изменение активности клеток в СА3. Прогноз оказывался верен в 80% случаев.

Таким образом, даже при повреждении зоны СА3 можно стимулировать область СА1 и получать нужные результаты, объясняют исследователи.

Во втором эксперименте, который провели ученые из Университета Пенсильвании, участвовали 28 пациентов с эпилепсией. Ученые записывали активность мозга участников в то время, пока те вспоминали список слов, предъявленных ранее. Оказалось, что стимуляция медиальной височной доли, где находится гиппокамп, улучшает плохую память: при стимуляции в тот момент, пока человек читает слово, которое он мог бы забыть, способность воспроизводить забытые слова выросла на 140%. Однако стимуляция этой же зоны у людей с хорошо работающей памятью ухудшает запоминание.

Несмотря на неясность некоторых процессов при стимуляции, оба исследования интересны и важны. Имплантация электродов способна помочь не только при последствиях травм головного мозга военным и перенесшим инсульт, но и всем, кто теряет память в ходе естественного процесса старения.

«Недокормленные» приматы. О пользе ограничения калорий

Путём дрожжей и мышей?

Давно известно, что ограничение в калориях ощутимо увеличивает продолжительность жизни микроорганизмов и грызунов (точнее, их отдельных тканей). Но идёт ли человек в этом вопросе их путём, до сих пор остаётся одной из главных интриг биомолекулярной науки о старении. Два недавних масштабных исследования на приматах пришли к противоречивым результатам, но не исключают, что «недокормленные» приматы, возможно, всё-таки живут дольше. И намного лучше – наверняка.

Молекулярной площадкой старения служат «энергетические фабрики» живой клетки – митохондрии. Эти фабрики представляют собой «систему в системе» или «крепость внутри крепости» – внутриклеточные структуры «особого назначения» со своей собственной мембраной и собственными, в каком-то смысле автономными генетическими ресурсами.

«Конверсия энергии в митохондриях, фосфорилирование, происходит непосредственно на мембранах и благодаря мембранам, – рассказывает Норберт Денчер, профессор химического факультета Дармштадтского технического университета (Германия). – Если вы работаете, неважно, используя мозг или мышцы, ваш организм каждый день производит от 65 до 75 кг энергии в форме АТФ (сокращённое название аденозинтрифосфорной кислоты). В конкретный момент в теле всегда «находится» около 100 г АТФ, но её метаболический оборот стремителен: каждую секунду она расходуется и образуется снова. Причём около 20% АТФ используется для работы мозга. Это самая важная энергетическая валюта в мире, и 95% её образуется в митохондриях».

Возрастные изменения в митохондриях связаны с упадком их функции как энергетических станций. Дело в том, что сама работа такой «станции» содержит в себе механизм собственного разрушения: побочным продуктом производства и потребления энергии в клетке оказывается супероксид – кислород в высокоактивной форме, разновидность тех самых свободных радикалов, про которые сегодня знают или думают, что знают, самые широкие слои населения. Супероксид, прежде чем будет нейтрализован естественным путём, может успеть атаковать окружающие молекулярные структуры. Для многих сложнейших молекулярных сигнальных цепочек, обеспечивающих жизнедеятельность клетки, такая атака не проходит бесследно, запуская разнообразные порочные круги функциональных нарушений, в том числе рост числа свободных радикалов. Самовоспроизводящиеся «технические сбои» накапливаются, ткани начинают обвально терять функциональность. Приходит старость.

Единственным кандидатом на вмешательство извне в этот генетически обусловленный процесс пока остаётся энергетический голодный паёк для клеток и тканей: ограничение объёма доступных клетке калорий.

«Наши опыты показывают, что именно ограничение калорийности рациона подопытных животных, при условии, что они получают все остальные питательные вещества, ведёт к увеличению продолжительности жизни у всех организмов, которые до сих пор изучались, от таких простых, как бактерии или грибы, нематоды или дрозофилы, до нашего главного объекта – тканей крыс: их печени, мозга и так далее, – говорит профессор Денчер. – В исследованиях на простых животных при сокращении получаемой с пищей энергии на 30–40% продолжительность их жизни увеличивалась почти на 50%. Однако вопрос, будет ли это работать для тканей человека, остаётся пока открытым».

Более 30 лет назад профессор Дон Ингрэм из американского Национального института старения начал многолетний эксперимент, чтобы установить, как низкокалорийный рацион влияет на продолжительность жизни приматов. В 2012 году журнал Nature опубликовал наконец результаты этого беспрецедентного по длительности исследования. Они обескураживали: продолжительность жизни контрольной группы обезьян и экспериментальной, получавшей вдвое меньше калорий, оказалась практически одинаковой. Общество разочарованно вздохнуло, а скептики спросили: «Вы действительно рассчитывали, что дрожжи и приматы стареют по одинаковому сценарию?» – и даже создали несколько убедительных эволюционных объяснений, почему этого не может быть.

Широкая публика, однако, с присущей ей инерцией продолжала надеяться и худеть. Как выяснилось через два года, не без оснований.

В прошлом году журнал Nature Communications опубликовал итоги другого эксперимента. Профессор Андерсон с коллегами из Висконсинского университета закончил аналогичное и тоже длительное исследование на макаках-резусах с гораздо более оптимистичным результатом. По его данным, стареющие приматы всё-таки идут путём грибов и дрожжей. В экспериментальной группе, получавшей рацион на 30% менее калорийный, чем контрольная группа, которая ела сколько хотела, примерно в 3 раза ниже оказался риск диабета и кардиологических заболеваний, как правило, сопровождающих старение, и соответственно ниже была смертность среди «недокормленных».

Противоречивые результаты экспериментаторов вызывают огромный интерес у исследователей. В числе возможных причин расхождения называют разницу в подходах к рациону экспериментальных животных, то есть к самой «технике недокармливания».

«Адекватным показателем потребления энергии служит не объём корма, а вес животного, – объясняет профессор Денчер. – В экспериментальных «недокормленных» группах животные весят в среднем на 30–40% меньше, чем в контрольной. Затем замеряется не максимальная продолжительность жизни, потому что особей-долгожителей не бывает очень много, а медиана выживаемости: время, прошедшее до вымирания половины особей в группе. Мы у себя в лаборатории изучали сценарии ограничения калорийности на протяжении всей жизни. Например, если объектом были крысы, то в течение первых 6–8 недель развития они получали питание как обычно, ad libitum, то есть ели, сколько хотели. Затем контрольная группа продолжала в том же духе, а другая получала рацион, уменьшенный вдвое: либо им каждый день давали вдвое меньше еды, чем контрольной группе, либо – это более распространённый способ в подобных исследованиях – экспериментальную группу кормили через день».

Дело может быть в том, считают авторы висконсинского эксперимента, что они начинали работу с молодыми, но взрослыми макаками: в возрасте от 7 до 14 лет. Про калорийность их рациона ad libitum эмпирически уже всё было известно. Именно этот реальный объём калорий был затем сокращён на 30% для экспериментальной группы. Что касается проекта Национального института старения, там за 100% был принят стандартный рацион, разработанный Национальной академией наук, возможно уже подразумевавший пониженную калорийность. Со-руководитель висконсинского проекта Рики Колман обратил внимание на то, что на протяжении всего исследования особи предполагаемой «докормленной группы» в эксперименте Института старения имели значимо сниженную массу тела по сравнению с показателями евших досыта макак в Висконсине.

Конкурирующие исследовательские коллективы теперь обречены на совместную интерпретацию своих условий и результатов, потому что эти результаты, скорее всего, долго будут оставаться единственно доступными. Эксперимент такого масштаба настолько сложен и затратен, что новых в ближайшем будущем ждать не приходится.

«Цель подобных исследований не сводится к количественному увеличению продолжительности жизни, – уверен профессор Денчер. – В данный момент общество в целом уже живёт значительно дольше, но половину своего дополнительного, выигранного времени люди проводят в больницах. Гораздо важнее и для человека, и для общества – увеличивать продолжительность здоровой, качественной жизни. И здесь ограничение калорийности демонстрирует своё главное преимущество. У приматов, как показывают исследования на обезьянах, абсолютная продолжительность жизни в условиях ограничения калорийности рациона может остаться прежней, но увеличиться – доля её качественного, здорового отрезка. Все исследования на обезьянах демонстрируют лучшие показатели общего здоровья и рост здорового отрезка у "недокормленных"».

Биологи высказываются о предполагаемой связи ограничения калорийности и увеличения продолжительности жизни крайне осторожно. Во-первых, сложно поднимать голодание на щит в нашем несовершенном мире, где миллионы людей в неразвитых странах подвергаются ему безальтернативно и недобровольно с драматическими эпидемиологическими последствиями. Массовая аудитория вряд ли хорошо расслышит оговорку о том, что ограничение относится исключительно к калориям, а не к белкам, витаминам и жизненно важным микроэлементам. Во-вторых, сама нехватка «человеческих» данных не позволяет ответственному учёному связывать одно с другим. Одна из самых известных программ, пытающаяся собрать такие данные о людях, – долгосрочное японское исследование населения префектуры Окинава – «самых долгоживущих людей планеты». Префектура знаменита своим рекордным количеством людей, которым перевалило за сто и даже за сто десять лет, сохраняющих хорошую физическую форму и высокое качество жизни. В исследованиях рациона жителей Окинавы, под руководством японского геронтолога и кардиолога Макото Сузуки, было показано, среди прочего, что школьники Окинавы потребляют только 62% калорий от «рекомендованной нормы», характеризующей японский рацион в целом. Что касается рациона взрослых Окинавы, он на 20% менее калориен, чем у населения в целом, при доле белков и жиров такой же, как во всей остальной Японии. Риск сосудистых, онкологических и кардиозаболеваний на Окинаве значительно ниже национального: на 59%, 69% и 59% соответственно. Однако провозгласить связь между тем и другим было бы преждевременно, потому что, кроме рациона, между обитателями Окинавы и остальной Японии ещё много существенных различий, как генетических, так и в условиях жизни. Вклад этих факторов в феномен «окинавского долгожительства» бесспорен и трудно отделим от эффекта ограничения калорийности.

Пока наука осторожничает, фармакология уже пытается соединить лучшее из обоих миров и гонится за мечтой: есть сколько хочешь сладкого и жить долго и счастливо, сохраняя здоровье и хорошую физическую форму. Для этого надо, во-первых, расшифровать молекулярный механизм энергопотребления и энерготрат, а во-вторых, создать биопрепараты, которые могут подкорректировать биомолекулярный сигнал, имитируя ограничение калорийности.

Наиболее популярная с начала 2000-х годов мишень – сигнальные белки семейства сиртуинов, участвующие в обмене веществ и в воспалительных процессах. Мыши, у которых активировали повышенное производство этого белка, оказывались более устойчивы к диабету; есть также предварительные данные о том, что активация сиртуинов положительно влияет на сердечно-сосудистую систему и воспалительные процессы всё у тех же мышей. Среди кандидатов на роль агента-активатора сиртуинов рассматривался ресвератрол, хорошо известный всем любителям красного вина (к сожалению, в вине он содержится в такой незначительной доле, что может отвечать только за моральное удовлетворение потребителя). Но сегодня фармакология возлагает особые надежды на активатор SRT1720, показывающий хорошие результаты в экспериментах, в том числе увеличивающий продолжительность жизни мышей с нездоровым (повышенной жирности) рационом.

Однако между даже впечатляющими, но всё-таки мышиными процентами и убедительными исследованиями на человеке или хотя бы его ближайшем родственнике лежит колоссальная дистанция, так что «таблетки от старости» ждать ещё довольно долго. Да и придёт она, скорее всего, в облике препарата против диабета или кардиологических заболеваний, потому что такой «болезни», как «старение» в международном «ВОЗовском» реестре заболеваний нет.

Пока – нет.

Примечание редактора: Геронтологи США решили приравнять процесс старения к болезни и внести его в новое издание Международной классификации болезней (МКБ), которую выпускает ВОЗ в 2018 году.

Подробнее здесь: Старение назовут болезнью в МКБ-11 2018 года

Елена Вешняковская, «Наука и жизнь» №5, 2015

Опубликовано на сайте «Элементы»

Искусственная кожа вместо натуральной

l43 pelle 121112123651 big

Кожзаменитель

Искусственная кожа, которую можно было бы пересаживать – то есть использовать для восстановления целостности кожных покровов – сделала бы лечение ожогов, язв и других масштабных повреждений более простым, безболезненным и эффективным. Идея заменить настоящую кожу материалом, выращенным в лабораторных условиях, кажется исследователям довольно привлекательной – это позволило бы избежать серьезных осложнений и ускорить процесс заживления.

Искусственный материал, который можно просто накладывать на место повреждения, подобно пластырю, изобрела команда японских ученых из Университета Сага (Saga University). Специальное покрытие на основе ателоколлагена предназначено для лечения ожогов. Ателоколлаген низкоаллергичен и практически не вызывает побочных эффектов.

Его действие было проверено на лабораторных мышах – новый материал действительно ускорял заживление.

Впрочем, он может использоваться лишь в качестве временной меры до тех пор, пока кожа самого пациента не станет пригодна для дальнейшей трансплантации, поясняет Тошияки Такезава (Toshiaki Takezawa). Клиническое использование нового материала начнется не ранее 2022 года, говорят авторы.

Серпантин из кремния

Пока же одни ученые изобретают искусственную кожу, которая не будет отторгаться, другие работают над иными материалами. Новые покрытия для протезов конечностей настолько совершенны, что способны «ощущать» текстуру поверхностей и «чувствовать» прикосновения.

Об одной из таких разработок в конце 2014 года сообщили корейские и американские ученые. Они создали полимерный материал, покрытый сетью сенсоров, изготовленных из кремния и золота – по 400 шт на 1 квадратный миллиметр. Чтобы «кожа» получилась эластичной, кремнию придали форму серпантина.

Рузбех Гаффари (Roozbeh Ghaffari) из Кембриджа отметил, что эластичность живой кожи и ее чувствительность отличаются на разных участках руки. Такими же свойствами обладает и новый материал: количество сенсоров на кончиках пальцев гораздо выше, чем на тыльной стороне ладони. Чтобы сделать покрытие еще более похожим на настоящее, авторы добавили специальный слой, подогревающий материал до температуры человеческого тела.

Тестируя искусственную кожу, Дэ-Хен Ким (Dae-Hyeong Kim) и его коллеги из Национального университета Сеула (Seoul National University) подключили ее к головному мозгу крыс. Сенсорная кора животных реагировала на прикосновения, однако выяснить, различали ли животные тепло, влагу или давление, не удалось. Исследователи надеются найти ответ после проведения экспериментов на более крупных животных.

Легкое касание и крепкое рукопожатие

Созданием искусственной кожи для протезов конечностей занимаются и другие исследовательские группы. Дженан Бао (Zhenan Bao) и ее коллеги разработали весьма совершенный материал.

Созданное ими покрытие получило название Di Tact. Оно состоит из двух слоев. Верхний покрыт высокочувствительными сенсорами, способными «почувствовать» и различить легкое касание и рукопожатие. А нижний слой отвечает за передачу электрического сигнала и его преобразование в биохимический сигнал, воспринимаемый нейронами.

В своих экспериментах на лабораторных мышах авторы наглядно продемонстрировали, что нейроны в головном мозге животных реагировали на прикосновения. Ученые поясняют, что им впервые удалось отказаться от использования устройства, преобразующего сигнал, идущий от сенсора, в импульс, воспринимаемый мозгом.

Искусственная кожа была способна самостоятельно воспринимать, преобразовывать и передавать сигнал от сенсоров к нейронам головного мозга. Впрочем, даже этому материалу далеко до свойств человеческой кожи – пока еще сенсоры неспособны различать температуру, да чувствительность далека от идеальной.

Отпечатки пальцев

Кстати, материал, способный «почувствовать» изменения температуры, уже создан. Это удалось южнокорейским ученым из Национального института науки и технологий (National Institute of Science and Technology). Их искусственная кожа еще больше похожа на натуральную – авторы придали ей особую волнистую структуру, характерную для настоящей кожи. Так, на кончиках пальцев, покрытых новым материалом, появился рисунок «отпечатков», а способность к осязанию стала еще более совершенной.

При любом давлении на материал составляющие его слои сжимаются, что создает электрический ток, сила которого напрямую связана со степенью деформации кожи: чем сильнее давление, тем сильнее будет ток. Искусственная кожа меняет свои свойства при изменении температуры – расширяется и размягчается при нагревании и становится более жесткой при охлаждении. Такие изменения тоже генерируют электрический ток различной силы.

Хьюнхьюб Ко (Hyunhyub Ko) и его коллеги объясняют, что искусственная кожа обладает еще одной уникальной особенностью – она способна распознавать звуковые волны. Оказалось, что звук тоже вызывает деформацию слоев нового материала, что и приводит к генерации электрических импульсов. Впрочем, ученые пока не разработали способ передачи генерируемых импульсов в головной мозг.

Некоторые покрытия, используемые для ускорения заживления ран, уже опробованы на пациентах и, вполне вероятно, скоро начнут использоваться в клинической практике. А вот говорить о начале применения новых покрытий для протезов, обладающих чувствительностью, пока преждевременно. Ни один из подобных материалов пока не был испытан на людях, однако в том, что «осязающие» протезы действительно появятся, ученые не сомневаются. Это только вопрос времени.

Ксения Скрыпник, Медновости

Минимальный человеческий геном

Гены

42dadc1a36d92d10ae9750b6d2c5f796

Сколько генов нужно человеку

В биологии есть понятие минимального генома – минимального набора генов, без которых организм не выживет. Конечно, к этому понятию есть масса вопросов. Например, о каком именно организме идёт речь? Можно взять одноклеточную бактерию, а можно очень и очень многоклеточного человека – по образу жизни они настолько разные, что и набор необходимых генов у них, очевидно, тоже будет разным.

Опять же, есть пункт «образа жизни». При каких условиях минимальный геном будет достаточен? Та же бактерия может попасть в исключительно благоприятную питательную среду, с идеальными показателями температуры, содержания солей, питательных веществ и т.д., а может, наоборот, перейти на голодный паёк, да ещё испытать на себе повышение солёности или кислотности. И набор необходимых для выживания генов в обоих случаях будет разный. Поэтому при обсуждении минимального генома часто оговариваются, что речь идёт именно о благоприятных условиях жизни.

Вообще мысль о том, что одни гены нужнее других, возникла сравнительно давно: так, ещё в 1996 году Аркадий Мушегян и Евгений Кунин оценили минимальный необходимый геном для бактериальной клетки в 256 генов; в 2004 году другими исследователями был предложен набор в 204 гена. Минимальный геном строили на сравнительном анализе нескольких бактериальных геномов; если же говорить о конкретном организме, то здесь неизбежно приходится вспомнить о бактерии Mycoplasma genitalium, возбудители заболеваний мочеполовой системы человека – у неё насчитывается всего 517 генов, из которых 482 кодируют белки; жизненно важных из них 382. Геном микоплазмы некоторое время считался самым маленьким, пока не были прочитаны ДНК ещё нескольких микроорганизмов, которые могут существовать только в виде симбионтов внутри клеток хозяина. Пока что чемпионом здесь является бактерия Carsonella, обитающая в клетках листоблошек – её геном содержит всего 182 гена с белковой информацией.

Бактерии бактериями, а если попробовать оценить минимальное число генов у человека? Именно это попыталась сделать исследовательская группа под руководством Дэниэла Макартура (Daniel MacArthur) из Института Броуда. Отделить важные гены от неважных можно, если предположить, что важные гены будут у разных людей полностью или почти полностью похожи друг на друга. Известно, что в генах могут проскакивать небольшие изменения в последовательностях, по которым одна особь отличается от другой; такие изменения могут вообще не сказываться на работе белка, кодируемого геном, или же сказываться незначительно. Но в случае важных генов их модификации с очень большой вероятностью плохо отразятся на организме, и он вряд ли выживет. Что до неважных генов, то они могут в определённых условиях позволить себе работать не очень хорошо, не подвергая нашу жизнь опасности.

И вот исследователи взялись сравнить между собой гены 60 тысяч человек (стоит уточнить, что сравнивали лишь экзоны, то есть те участки генов, которые несут информацию о последовательности аминокислот в белках). В сумме удалось найти 10 млн различий.

С другой стороны, для каждого гена оценивали теоретическое количество вариантов, которые бы он получил, если бы они возникали в нём случайно и так и оставались. Результат теоретической прикидки сравнивали с тем, что получили в ходе сравнительного анализа реальных последовательностей ДНК (взятых, напомним, у 60 тыс. человек). Как и ожидалось, какие-то гены легко «относились» к вариациям в собственной последовательности, другие же, напротив, старались от них избавиться. Посчитав гены, в которых изменений не было или почти не было, авторы работы получили цифру 3230 – именно столько человеческих генов не могут позволить себе никаких, даже малейших изменений в функционировании. То есть, можно сказать, что эти 3230 и есть жизненно необходимый генетический набор человека. (Напомним, что всего же человеческий геном насчитывает, по разным оценкам, от 20 до 25 тыс. генов.)

Очевидно, модификации в последовательностях таких генов сразу же приводят к каким-то тяжёлым расстройствам либо ещё во время эмбрионального развития, так что человек даже не успевает появиться на свет, либо уже после рождения, в детстве или ранней юности (человек умирает, не успев родить детей). Действительно, про 20% из описанных 3230 известно, что они связаны с разными заболеваниями, однако функцию большинства остальных генов ещё предстоит выяснить. Полученные результаты можно использовать в медицинских целях: очевидно, что поиск генетических причин тех или иных заболеваний лучше всего начинать именно с «минимального генетического набора».

Новые данные пока что существуют в виде препринта, статьи с ними пока нет. Возможно, что к моменту официальной публикации, после всех замечаний рецензентов, число генов как-то изменится. Впрочем, оно может измениться и так: кто знает, вдруг, если мы возьмём ещё больший набор последовательностей для анализа, то список необходимых генов увеличится? Не будем забывать и о том, что наш геном, как и любой другой, состоит не только из кодирующих последовательностей (то есть тех, что непосредственно несут информацию о белках) – в ДНК существует масса регуляторных участков, промоторов, энхансеров, инсуляторов, участков, кодирующих регуляторные РНК, и среди них, безусловно, есть жизненно важные.

Кстати говоря, одна из задач определения минимального генома – создание организма в буквальном смысле с нуля. Иными словами, можем ли мы, зная генетический набор минимального генома, создать живую бактериальную клетку, пусть и требующую для себя исключительно благоприятных условий? С бактериями, между прочим, это уже пытаются проделать; что ж, когда-нибудь дело дойдёт и до человека.

Кирилл Стасевич, «Наука и жизнь» по материалам Science: The 3230 genes you can’t do without.

Трансплантация лица

Кожа

Самая сложная за всю историю операция по полной пересадке лица завершилась успешно

extensive face transplant 2

Приветствуем вас на страницах блога iCover! Тема нашей сегодняшней публикации – пластическая хирургия и трансплантология, а если точнее – сложнейшая за всю историю и беспрецедентная по уровню исполнения операция по полной пересадке лица. На ее подготовку и проведение у команды пластических хирургов из Лангонского медицинского центра при Университете Нью-Йорка под руководством доктора Эдуардо Родригеса в общей сложности ушло больше года и было израсходовано более миллиона долларов. Подробнее об этом неординарном событии…

Знакомый нам сюжет киноленты “Без лица” с участием Николаса Кейджа сегодня уже не представляется чем-то фантастическим, ведь первая успешная операция по пересадке лица была проделана французскими пластическими хирургами более 10 лет назад. Вместе с тем, по уровню сложности и используемых технологий, как и по достигнутому результату, операцию, осуществленную в Лангонском медицинском центре при Университете Нью-Йорка (Langone Medical Center) можно с уверенностью признать беспрецедентной.

Трагедия с 41-летним американским пожарным Патриком Хардисоном (Patrick Hardison) произошла во время тушения пожара в 2001 году при попытке спасти женщину из объятого пламенем здания.

Патрик Хардисон до трагического дня

Полученные ожоги обезобразили лицо Патрика до неузнаваемости. Он почти потерял зрение. Полностью обгорели лицо, голова, шея верхняя часть торса. Практически полностью был утрачен нос и полностью – уши, губы, брови, веки и волосы.

После трагедии, незадолго до операции

Донором лица для Хардисона стал художник Дэвид Родербау (David P. Rodebaugh), разбившийся на мотоцикле в свои неполные 26 лет за год до операции и завещавший свое тело в качестве источника донорских органов. Свое согласие на пересадку в пользу Патрика дала также мать погибшего. Органы, трансплантированные у Дэвида впоследствии спасли жизнь нескольких безнадежно больных людей.

По результатам обследования группа пластических хирургов под руководством доктора Эдуардо Родригеса – главы Департамента пластической хирургии имени Хансйорга Висса, приняла решение полностью пересадить пациенту не только лицо, но и часть лицевых костей, нос, уши (включая ушные каналы), веки (включая мускулатуру, обеспечивающую их движение) и скальп донора. Операция, в которой приняло участи более 100 медиков, включая младший медицинский персонал, продлилась 26 часов.

В ходе подготовки к операции, которая в общей сложности заняла больше года, Патрику пришлось перенести более 70 предварительных промежуточных операций, каждая из которых решала какую-то специфическую задачу. Были задействованы возможности компьютерного 3D-моделирования и технология 3D-печати. Последняя потребовалась для воссоздания моделей голов донора и реципиента и предварительной оценки объема, направленности и специфики планируемых работ.

Вместе с тем, несмотря на тщательнейшим образом проведенные предварительные расчеты и предпринятые подготовительные меры, в своей практической части операция оказалась настолько сложной, что потребовала неоднократной ”перекройки” формы черепа реципиента c тем, чтобы костные, хрящевые ткани и кожные покровы заняли оптимальное положение.

Этап подготовки, планирования, собственно операции, проведенной в августе 2015 года и последующей реабилитации обошелся Университету Нью-Йорка в $1000000.

Спустя 3 месяца, с учетом состояния пациента и динамики процесса восстановления специалисты клиники пришли к выводу, что Патрик Хардисон может быть выписан. Разумеется, в целях предотвращения отторжения донорских тканей ему придется, по крайней мере некоторое время, принимать не один курс специальных препаратов. Потребуется и комплекс специальных упражнений, позволяющих развить мимику лица и научиться разговаривать новыми губами.

До и после операции

Перед выпиской из клиники

Доктор Родригес (по центру) и медицинский персонал, задействованный в ходе подготовки и проведения операции

Конечно, полученный результат впечатляет, но любой пластический хирург знает: вероятность отторжения тканей донора всегда остается. Вместе с тем, жизнь с лицом и надеждой на будущее не идет ни в какое сравнение с теми перспективами, которые открывало для Патрика его недавнее существование. Сам недавний пациент смотрит на будущее вполне оптимистично, и размышляет о продолжении работы, которую считает своим призванием.

“Я выражаю глубочайшую благодарность своему донору и всей его семье, – не скрывает эмоций Патрик Хадисон в одном из своих интервью. – Несмотря на то, что я не знаком с ними лично, я молюсь за них каждый день, зная, какое непростое решение они приняли, чтобы помочь мне. Также я хотел бы поблагодарить Доктора Родригеса и всю его команду за то, что они подарили мне нечто большее, чем новое лицо. Они подарили мне новую жизнь”.

Краткая справка

Гарольд Гиллис

Отцом пластической хирургии считают Гарольда Гиллиса, проведшего первые операции по восстановлению внешности еще в 1917 году. Одним из первых пациентов, успешно перенесших пластическую операцию на лице и голове, стал английский моряк времён Первой Мировой войны Уолтер Йео. Тяжелейшую травму головы он получил в знаменитом Ютландском сражении – крупнейшей морской битве Первой Мировой войны. Косвенно именно с этим именем связывают зарождение нового направления медицины.

Первая в истории успешная операция по частичной пересадке лица. Изабель Динуар

Несмотря на то, что пластическая хирургия в её классической интерпретации существует уже около ста лет, операцию по частичной пересадке лица удалось осуществить только 27 ноября 2005-го года. Первой пациенткой, успешно перенесшей операцию по пересадке лица в 2005 году стала 38 – летняя француженка, Изабель Динуар, утратившая свою внешность после неудачной попытки суицида. Обезумевший от стресса пес, лабрадор, в попытках привести хозяйку в чувство изгрыз лицо Динуар до неузнаваемости. Нос, рот, подбородок пребывали в состоянии, которое, по мнению хирургов, проводивших операцию, полностью исключали возможность пластической реконструкции любыми существующими методами.

Пластические хирурги Бернар Девошель и Жан-Мишель Дюбернар из клиники Амьенского университета на севере Франции предложили провести первую в мировой практике частичную пересадку лица от анонимного донора – женщины, умершей за год до этого. Изабель согласилась. Операция, в ходе которой были использованы донорские лицевые мышцы и ткани, артерии и вены длилась 15 часов.

В отличие от Патрика, Изабель Динуар было пересажено лицо анонимного донора из города Лилль и никакой информацией о женщине, пожертвовавшей свое лицо или ее близких бывшая пациентка до сих пор не располагает. В соответствии с французским законодательством, это имя она не узнает до конца своих дней.

Изабель Динуар

В общей сложности в мире, включая такие страны, как США, Турция, Китай, Испания на сегодня проведено уже более 10 подобных операций. Их трудоемкость и стоимость, к сожалению, еще долго не позволят говорить о постановке на поток, и момент, когда при необходимости или по желанию мы сможем поменять не устраивающее нас лицо, по-прежнему находится в необозримо далеком будущем.