12.04.2014

Для женщин с редким заболеванием впервые вырастили искусственные вагины

 

Благодаря хирургам девушки, родившиеся без влагалища, смогли обрести радость нормальной половой жизни. Первое в мире биоинженерное влагалище выращено в американской лаборатории.

Впервые выполнены четыре операции по пересадке влагалища, созданного из собственных тканей наружных половых органов пациенток. Результаты 4–8-летних наблюдений за прооперированными женщинами свидетельствуют об успешном восстановлении утраченной функции органов.

Потребность в вагинальной реконструкции возникает при врожденных аномалиях, травмах или онкозаболеваниях. Методы реконструкции с использованием тканей кишечника или кожи разработаны, но они часто сопряжены с серьезными осложнениями. Ученые из Института регенеративной медицины города Уэйк-Форест (США) использовали для воссоздания вагинальной части детородного органа собственные клетки вульвы пациенток.

В пилотном исследовании приняли участие четыре девушки в возрасте от 13 до 18 лет.

Все они страдали редким генетическим заболеванием — синдромом Майер — Рокитанского — Кустер — Хаузер (сокращенно СМРКХ). Это наследственный порок развития, при котором нормально развиваются и функционируют яичники, наблюдается полноценное формирование вторичных половых признаков, но совершенно не сформированы тело матки и влагалище. Синдром встречается с частотой 1 на 5000 женщин и часто обнаруживается при первой менструации, когда кровь скапливается в брюшной полости.

Искусственное влагалище выращивали так: у каждой пациентки брали немного клеток вульвы (наружных половых органов), помещали в стерильные условия на питательную среду. Клетки делились, а через четыре недели, когда нарабатывалось достаточное количество материала, клетки высевали на биоразлагаемый полимерный «каркас» органа и доращивали еще две недели. Поскольку ткань влагалища состоит из мышечных клеток, снаружи выстланных эпителиальными, ученые готовили специальную слоистую структуру, чтобы сохранить архитектуру этих специализированных клеток.

В течение шести недель после операции имплантированную ткань поддерживали с помощью стентов.

Полимерная основа биоинженерной ткани полностью исчезала через несколько месяцев после операции, а искусственное влагалище начинало нормально функционировать, выделяя слизи и смазки, гладкие мышцы сокращались безболезненно.

Результаты работы исследователи долгое время не публиковали, чтобы оценить долгосрочные результаты трансплантации. Пациентки находились под наблюдением от четырех до восьми лет. По словам ученых, у девушек появилась надежда зачать и родить здоровых детей, и для этого теперь есть все шансы.

«После операции девушки способны жить нормальной жизнью. У них нормальный уровень желания, возбудимости, удовлетворения и оргазма», — пояснил Энтони Атала, руководитель операции.

Относительно методологии исследования можно сказать следующее: на сегодняшний день есть уже достаточно примеров создания и успешной трансплантации искусственных органов и тканей, полученных методами клеточной терапии и тканевой инженерии.

Созданы хрящевая ткань для починки коленного сустава, ткани мочевого пузыря, уретры, сердечных клапанов, искусственной трахеи, роговицы, кожи. Самые «простые» с технической точки зрения — хрящевая ткань и кожа. Второй уровень сложности — сосуды, третий — мочевой пузырь, матка.

Самыми сложными для воспроизведения в искусственных условиях остаются органы, состоящие из плотных тканей, — печень, почки.

Руководитель данного исследования, опубликованного в субботу в The Lancet, профессор Энтони Атала — практикующий хирург, заведующий отделением урологии медицинского факультета и директор Института регенеративной медицины Университета Уэйк-Фореста, неоднократно приезжал в Россию.

В один из таких визитов, полгода назад, он рассказывал корреспонденту «Газеты.Ru» об идеологии работы института, в котором трудится более 300 врачей: «Основная стратегия при создании большинства тканей заключается в том, что принимается в расчет, что у клеток уже есть «генетическая пространственная инструкция».

Мы классифицируем воспроизводимые структуры человеческого организма на четыре «архитектурных» типа: плоские — например, кожа; трубчатые — кровеносные сосуды; полые органы — мочевой пузырь; плотные, или солидные, органы, к которым относят печень и почки. Первые три типа структур мы уже успешно пересаживаем пациентам, здесь добились определенных успехов. А вот солидные органы — самые сложные. Мы пытаемся их создавать, но пока ни один из них не был трансплантирован в человеческий организм. Мы параллельно работаем сразу над пятью стратегиями. Первая заключается в создании «кассетных тканей». С помощью «кассет» можно будет «достраивать» органы, расширяя их функцию. Такую стратегию мы уже используем для плоских, трубчатых и полых структур.

Вторая стратегия состоит в следующем: берем донорскую почку, по определенной методике растворителями вымываем из нее все клетки, а оставшийся «каркас» органа, матрикс, засеваем клетками почки пациента. Третья стратегия — биопринтинг, печать органа. Четвертая стратегия — использование клеток для терапии. И именно четвертая стратегия наиболее перспективна и пройдет клинические испытания в первую очередь. Пятая стратегия — заставить орган (например, почку) регенерировать самостоятельно. Мы параллельно работаем в этих пяти направлениях».

http://www.gazeta.ru/science/2014/04/12_a_5988813.shtml

30.11.2010

Российские ученые показали клеточный механизм восстановления ДНК, утерявшей одно из кодирующих оснований. Руководитель исследования член-корреспондент РАН Ольга Лаврик рассказала «Газете.Ru» о перспективах его использования для борьбы с раком и посетовала, что основным тормозом работы ученых в России является бюрократия.

Ошибки, нарушения последовательности фрагментов ДНК или их изменения ведут к ошибкам синтеза белка и серьезным нарушениям работы клеток, поэтому в процессе эволюции организмы развили способность к репарации — особой функции клеток, заключающейся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами.

О работе, посвященной генетическому исследованию процесса репарации ДНК, «Газете.Ru» рассказала ее руководитель Ольга Лаврик, д. х. н. член-корреспондент РАН, заведующая лабораторией биоорганической химии ферментов Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Статья опубликована в сегодняшнем выпуске Proceedings of the National Academy of Science.

— В чем заключается суть вашей работы?

— В нашей работе впервые показано, что важнейший регулятор репарации ДНК, а также процесса деконденсации хроматина (изменение формы хромосом при делении клетки),

белок поли(АДФ-рибозо)полимераза 1 (ПАРП 1) взаимодействует с часто встречающимся повреждением ДНК — участком кислоты, не содержащим кодирующего основания

(так называемым апуриновым/апиримидиновым (АР) сайтом). Как известно, «элементарное звено» ДНК состоит из остатка фосфорной кислоты, углевода (дезоксирибозы) и азотистого основания, триплеты (наборы по три) которых кодируют аминокислоты, составляющие белки нашего организма. Именно так ДНК несет важнейшую информацию о живых системах. Однако в случае повреждения некоторые участки ДНК не несут кодирующего основания, такие «ошибки» могут возникать в ДНК с частотой до нескольких сотен тысяч на клетку.

Это распространенное повреждение в ДНК, например, в клетках человека и других живых организмов, возникающее при окислительном стрессе, и его репарацию, «починку» нужно регулировать. Мы показали, что

функция ПАРП 1 при взаимодействии с данным повреждением в ДНК состоит в регуляции процесса репарации этого повреждения.

Ранее было известно, что ПАРП 1 взаимодействует с разрывами в цепи ДНК, а вот его взаимодействие с сайтом ДНК, лишенным основания, показано впервые.

— Что было сделано конкретно российскими учеными?

— Практически вся работа была проделана российским учеными, за исключением некоторых тестов на ферментативную активность ПАРП 1 в отношении АР-сайтов. Мы намеренно пригласили американскую группу для участия в этой работе, мы давно с ними сотрудничаем, это наши многолетние коллеги и соавторы. При этом замечательно, что нам удалось сохранить лидирующие позиции авторов в этой публикации — первую и последнюю, а также лидирующую позицию нашего института.

— Какие методы использовались в работе?

— В работе использованы биохимические методы и методы современной протеомики, основанные на применении ковалентной сшивки ДНК с белками и последующего выделения и идентификации присоединенного белка с помощью масс-спектроскопии МАЛДИ.

Эти методы дентификации белков оригинальны, и развиты они в нашей лаборатории.

Мы считаем, что успех статьи в значительной степени определялся оригинальностью развитого подхода идентификации белков, взаимодействующих со специфическими повреждениями в ДНК.

— Какое практическое применение полученных вами и вашими коллегами результатов?

— В методическом плане может быть использован метод идентификации белков, взаимодействующих с АР-сайтами в клеточных экстрактах, и их последующая идентификация с помощью спектроскопии МАЛДИ. Кроме того, этот принцип и соответствующие ДНК-зонды могут быть использованы для мониторинга уровня ПАРП 1 в различных клетках, в том числе в больных клетках, например, злокачественных. Известно, что уровень ПАРП 1 определяет чувствительность клеток к радиотерапии, кроме того, уровень ПАРП 1 определенно отражает инициацию клеточного апоптоза (регулируемой клеточной смерти). Поэтому новые методы, позволяющие следить за этим белком в клетках и биологических жидкостях, представляют большой интерес.

— Расскажите, пожалуйста, подробнее о международном коллективе ученых, который работал над статьей. Когда началось сотрудничество, какие планы на будущие исследования?

— Сотрудники лаборатории доктора Вилсона из Национального института здоровой окружающей среды Национального института здоровья США (Северная Каролина) — наши давнишние коллеги. Я и некоторые из моих сотрудников работали в этой лаборатории, и нам удалось опубликовать уже довольно много совместных работ в области исследования репарации ДНК. Сотрудничество началось в начале 90-х годов. Я думаю, что оно обязательно продолжится, поскольку

исследование механизмов репарации ДНК является одной из наиболее горячих тем в молекулярной и клеточной биологии, очень важной для борьбы с онкологическими заболеваниями, например.

— Согласны ли вы с утверждением, что в российской науке сейчас настали трудные времена, или же в СО РАН созданы условия для полноценной работы в науке, и ваши сотрудники, особенно молодые, не стремятся уехать за границу?

— Это очень важный и многоплановый вопрос, не так просто ответить на него кратко. Во-первых,

трудные времена в российской науке были, собственно, всегда — в особенности это касается молекулярной биологии.

Конечно, 90-е годы просто страшно вспоминать — отсутствие финансирования, массовый отъезд за рубеж лучших молодых и не только молодых ученых. В последние годы наступило безусловное улучшение, стали создаваться хорошие программы финансирования. Это, прежде всего, прогрессивная программа президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» под руководством академика Г. П. Георгиева, поддержавшая ведущие лаборатории РАН — именно ее мы благодарим за финансовую поддержку в нашей статье в PNAS. Кроме того, на полную мощность заработал Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ). У всех появилась надежда, выросло новое поколение молодых ученых до 35 лет, которые не торопятся уезжать из России, хотят работать в науке. Например, у меня в лаборатории очень много молодых перспективных исследователей. Однако оказалось, что результатом пилотного проекта по повышению зарплаты ученых явилось полное отсутствие вакансий для молодых сотрудников. Согласно недавнему постановлению РАН, выделены ставки для зачисления в штат молодых ученых, кандидатов и докторов наук, но это капля в море. Например, на Сибирское отделение РАН выделено 173 ставки – это всего около двух ставок на институт. Даже если посмотреть на статью, о которой мы говорим: двое соавторов — молодых сотрудников моей лаборатории (Екатерина Ильина и Мария Суханова). Они сейчас работают на временном контракте по гранту РФФИ, не имеют постоянных ставок и, соответственно, надежды на лучшее будущее: финансирование программ РАН и грантов РФФИ не увеличивается, а уменьшается.

Нельзя сказать, что сейчас отсутствуют деньги на научные исследования, довольно серьезное финансирование можно получить через Министерство образования и науки по системе лотов, но эта система труднодоступна и получать такое финансирование очень сложно. Есть, конечно, гранты правительства, гранты регионов для молодых ученых, но все эти конкурсы организованы замысловато, требуют постоянного написания различных бумаг. Это отвлекает от собственно научной работы, от экспериментов, написания статей, семинаров, делает ученого клерком. Много ненужной суеты вместо того, чтобы лаборатория могла получить приличный грант, достаточный для работы на высоком уровне и на продолжительный срок, без массы промежуточных отчетов: именно так организована система финансирования на Западе.

Время для науки трудное, но по большей части эти трудности создает само государство с его бесконечно развитой бюрократической системой.

Это делается только для существования бюрократической надстройки. Если ситуация не изменится, то фундаментальная наука в стране будет разрушаться, и молодые люди, настроенные на работу в науке, уедут за рубеж. Негативно сказываются также откровенные нападки на Академию наук, которая, безусловно, вытянула на своих плечах наиболее сложные времена для российской науки и сохранила всю структуру в работающем состоянии. Это на самом деле подвиг, который не хотят оценить.

http://www.gazeta.ru/science/2010/11/30_a_3450657.shtml

19.03.2015

Как ДНК «чинит» сама себя и как связаны разрывы ДНК с генетическими заболеваниями, уточнили докторант химфака МГУ Светлана Хороненкова и ее коллеги.

Молекула ДНК в клетках человека химически нестабильна, что вызывает ее повреждения различной природы. Существует целый механизм, обеспечивающий ответ на повреждение ДНК, который включает в себя процессы обнаружения повреждения ДНК, генерацию сигнала о повреждении и «починку» молекулы ДНК — так называемую репарацию.

Ответ на повреждение ДНК чрезвычайно важен, например, для того, чтобы обеспечить как можно более высокого качества ДНК перед репликацией — дупликацией предыдущей ДНК на клеточном уровне. Если поврежденная ДНК была реплицирована, то риск рака и других заболеваний значительно увеличится в результате мутаций. Все это может привести к смерти клетки.

Система репарации включает в себя ферменты, которые отвечают за то, чтобы поврежденную ДНК каким-то образом проверить на качество и спасти до того, как она перейдет в дочернюю клетку.

В этой системе существует масса различных ферментов, и один из путей проверки и спасения клетки — распознавание поврежденных оснований и сигнализация другим ферментам, которые и будут их «чинить» — репарировать.

Среди этих ферментов — киназа ATM, которая передает сигнал от поврежденной ДНК клеточной системе репарации. Ученые предполагали, что исключительно ATM распознает так называемые двойные разрывы ДНК. Эти разрывы очень опасны, потому что они могут привести к потере генетической информации.

Докторант химического факультета МГУ Светлана Хороненкова, также имеющая аффилиацию Оксфордского университета, вошла в состав международной группы ученых, которая смогла открыть новую роль молекулы ATM. Ее роль заключалась в дизайне проекта, его экспериментальном исполнении и оформлении результатов для публикации.

Результаты изысканий опубликованы в престижном научном журнале PNAS.

«Эндогенные (внутренние) двойные разрывы ДНК в клетках в обычных условиях не возникают в больших количествах, — рассказала Светлана Хороненкова. — Сама идея функционирования клетки заключается в том, чтобы не допустить образования двойных разрывов ДНК. А мы выяснили, что ATM активируется и начинает выполнять свою функцию не только в случае двойных разрывов, но и в ответ на однонитевые разрывы».

Светлана Хороненкова пояснила, что однонитевые разрывы появляются в клетке с безумной частотой: по 10–20 тыс. в день. В отличие от них, двойные разрывы возникают с частотой 10–20 штук в день. Это подчеркивает важность сигнализации присутствия неисправленных однонитевых разрывов ДНК для репарации системы.

В ответ на однонитевые разрывы АТМ сама себя активирует и передает сигнал о повреждении. Это дает паузу в репликации ДНК, и у клетки будет больше времени для репарации.

Если своевременной репарации не произошло, то образуется двойной разрыв ДНК, что гораздо страшнее, так как повышается риск заболевания раком и другими болезнями.

В частности, мутация в гене АТМ связана с генетическим заболеванием атаксия-телеангиэктазия (синдром Луи-Бар) — это редкая передающаяся по наследству болезнь, которая проявляется в основном у детей: у них может наблюдаться иммунодефицит, нейродегенерация, предрасположенность к раку, и умирают они в возрасте 14–15 лет. Кроме того, у таких детей могут быть задержки в развитии. Заболеваемость этим синдромом разная: в США он проявляется чуть чаще, чем в Европе.

В целом, по статистике, наблюдается примерно один зарегистрированный случай на 40–100 тыс. рождений, то есть мутация в гене есть у 1% населения. При этом высока вероятность того, что медики диагностируют только небольшой процент заболевания, что и приводит к разнице в цифрах.

«Теперь мы хотим понять механизм того, как происходит активация АТМ в ответ на однонитевые разрывы. Будущая работа должна в конце концов помочь улучшить уровень жизни страдающих от подобных заболеваний пациентов», — резюмировала Светлана Хороненкова.

http://www.gazeta.ru/science/2015/03/19_a_6601285.shtml

16.03.2010

Уникальный препарат на основе наночастиц, совмещающий в себе диагностику и терапию раковых опухолей, разработан российскими учеными Института биоорганической химии. Многофункциональное лекарство способно найти клетки опухоли в организме, селективно соединиться с ними и обеспечить их уничтожение под действием внешнего поля. Пока препарат прошел испытания in vitro, на очереди in vivo стадия.

Лекарство будущего должно быть «умным» (то есть самостоятельно находя себе поле деятельности, диагностируя заболевание), направленным (действовать без побочных эффектов) и индивидуальным (подобранным для каждого пациента с его проблемой и стадией развития заболевания). Особенно это касается онкологических заболеваний, при которых борьба со злокачественными клетками зачастую сопровождается угнетением всего организма и его разрушением. Конечно, в своем роде это еще фантазии.

Однако прообраз «умных» препаратов можно видеть уже сейчас — в последних разработках ведущих ученых.

Сотрудники лаборатории молекулярной иммунологии Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН смогли создать многофункциональный препарат на основе сшитых белками наночастиц, который способен самостоятельно идентифицировать опухоль в организме, окрашивать ее, делая видимой для врача, а затем может уничтожать пораженные клетки под действием внешнего магнитного поля. Их работу публикует Proceedings of the National Academy of Sciences.

Максим Никитин, фото из его личного архива

Авторский коллектив работы под руководством заведующего лабораторией члена-корреспондента РАН Сергея Михайловича Деева в целом очень молодой. Один из соавторов — молодой кандидат наук, другая — аспирантка, а вот первый автор работы Максим Никитин сейчас заканчивает шестой курс — магистратуру МФТИ в Долгопрудном.

Отдел науки «Газеты.Ru» поздравил Максима с таким серьезным достижением на заре научной карьеры и попросил подробнее рассказать о проведенной работе.

— В чем новизна ваших разработок?
— Нанотехнологические медицинские препараты сейчас — «передний край» науки. В разных странах разрабатываются различные подходы к этому вопросу, есть разработки по магнитным, золотым наночастицам, квантовым точкам и т. д. Большинство исследований посвящено либо созданию самих лекарственных препаратов, либо технологиям их направленной доставки (англ. — targeted drug delivery), которые обеспечат доставку препарата непосредственно в ту часть организма, которая в ней нуждается.

В принципе, создано довольно много препаратов на основе наночастиц, все они имеют свои достоинства и недостатки. В частности, наночастицы, конъюгированные (соединенные) с антителами, способны находить в организме раковые клетки и селективно присоединяться к ним. Если частицы флуоресцентны, то они могут быть использованы для диагностики злокачественных опухолей — они их специфически окрашивают. Если частицы магнитные, то они могут быть использованы для уничтожения опухолей или метастаз — под воздействием внешнего поля они, нагреваясь, убивают раковые клетки.

Важность и новизна нашей работы в том, что мы разработали подход для создания многофункциональных агентов, совмещающих в себе одновременно и магнитные, и флуоресцентные частицы, и антитела, «нацеливающие» препарат на раковую опухоль. Причем этот подход универсален, за счет него данной структуре можно будет придать и другие функции, например, присоединить токсин, вирус или бактерию, которые убьют клетку-мишень.

Таким образом, комбинация ценных свойств наночастиц позволяет получить препарат, работающий последовательно для диагностики, а затем для лечения опухоли.

На первом этапе такие многофункциональные структуры могли бы за счет антител распознать раковые клетки, а за счет флуоресцентных квантовых точек или полимерных частиц прокрасить опухоль, чтобы хирург видел, какой участок необходимо удалять. На втором этапе могут быть уничтожены метастазы — самое опасное проявление онкологического заболевания. Для этого используются магнитные наночастицы, входящие в состав тех же структур. Они разрушают оставшиеся раковые клетки под воздействием внешнего магнитного поля.

По сути, многофункциональность препарата достигается за счет совмещения в одной структуре разных частиц. Как в детском конструкторе, мы можем совмещать совершенно разные частицы в одном лекарстве.

Как объединяются эти частицы? Для этого мы используем два специальных сильно взаимодействующих друг с другом бактериальных белка — барназу и барстар. Один тип частиц конъюгирован с одним белком, другой тип — с другим. После смешения таких биоконъюгатов они прочно связываются, за счет чего в одной структуре можно объединить совершенно разные по размерам и химической природе агенты.

Наша работа, как и большая часть перспективных сегодня исследований, ведется на стыке наук — фактически, это и физика, и биология.

— Как проходило испытание препарата?
— На первом этапе исследования нами разрабатывался механизм самосборки частиц, и обеспечение успешной сборки было нашей промежуточной целью. На этом этапе речь еще не шла о терапии, но лишь об успешной разработке механизма, матрицы для комбинации разных частиц в одном препарате.

На второй стадии начались in vitro испытания наших частиц на клеточных культурах. Оказалось, что наш механизм работает весьма успешно.

К раковым клеткам были добавлены трифункциональные структуры: магнитные, флуоресцентные и противоопухолевые (направленные на раковые клетки за счет антител). На первом этапе частицы успешно присоединились к рецепторам, специфически отличив клетки-мишени от других клеток.

Cцепленные с наночастицами клетки образовывают буквы MF. Размер белого прямоугольника — 0,5 мм // PNAS

Затем мы приложили к суспензии таких «меченых» клеток хитрое магнитное поле так, чтобы сцепленные с наночастицами клетки образовали буквы MF (англ. — multifunctional, многофункциональный). Как видно на иллюстрации, клетки успешно расположились по этому контуру. Этот изящный пример показывает, как мы можем управлять движением сцепленных с наночастицами клеток. Таким образом, например, можно магнитным полем удалить из крови больного лейкозом раковые клетки. После того как мы исследовали образец с помощью флуоресцентного микроскопа — «выложенные» клетками буквы светились. Это значит, что и флуоресцентная компонента трифункциональных структур работает, успешно «прокрашивая» раковые клетки.

Это весьма удобная методика для разработки индивидуальных препаратов — мы видим ее как некое «лекарство будущего».

— Как будет практически реализовываться работа такого препарата?
— В перспективе для каждого пациента можно будет подобрать отдельное лечение и свое собственное лекарство с нужным соотношением структурных единиц в нем. В зависимости от конкретной ситуации врач может решить, чему больше следует уделить внимание, например, диагностике или терапии, в случае данного конкретного пациента. Сообразно этому, за считанные минуты врач сможет скомбинировать необходимые модули в многофункциональные структуры, пользуясь препаратами из 20 баночек, стоящих на столе.

Практическое применение таких препаратов для лечения — пока еще отдаленные планы.

Однако исследования полученных многофункциональных препаратов in vivo уже ведутся — мы проверяем, годятся ли они для диагностики и лечения опухолей у мышей и крыс, а также смотрим, что происходит с наночастицами в живых организмах.

— Как велась подготовка к публикации полученных данных?
— Нашей публикации предшествовала большая работа. Достаточно лишь сказать, что при обсуждении возникло 27 вариантов манускрипта, всего было подготовлено более 180 вариантов рисунков. В статью же вошло только пять (еще пять в расширенное приложение работы). Работа была поддержана программами РАН «Молекулярная и клеточная биология», «Нанотехнологии и наноматериалы», а также Российским фондом фундаментальных исследований.

http://www.gazeta.ru/science/2010/03/16_a_3339249.shtml