Новый компьютерный алгоритм SCENIC реконструирует генную регуляторную сеть и распознает состояние одиночной клетки. Использование разработанной бельгийскими учеными программы позволило различить отдельные типы раковых клеток в олигодендроглиоме и меланоме. Статья опубликована в журнале Nature Methods.

Процесс синтеза РНК в клетке зависит от сети регуляции генов , в которой ограниченное количество факторов транскрипции и кофакторов регулируют друг друга и синтезируемые гены. Синтезируемые белки определяют работу различных клеток организма, что позволяет распознавать и отличать их. Всего было разработано несколько методов, позволяющих определить из данных секвенирования РНК отдельной клетки, какие белки ей производятся, но эти методы не использовали анализ регуляторной последовательности для прогнозирования взаимодействия между факторами транскрипции и целевыми генами. В новом алгоритме эти связи учитываются.

Строго говоря, SCENIC (расшифровывается как Single-CEll regulatory Network Inference and Clustering, распознавание и кластеризация регуляторной сети отдельной клетки) — это не отдельная программа, а рабочий процесс, основанный на использовании трех новых пакетов проекта Bioconductor. Первый из них, GENIE3, определяет потенциальные целевые факторы транскрипции на основе коэкспрессии. Второй, RcisTarget, ищет наиболее важные факторы и определяет прямые цели анализа (регулоны). Наконец, третий, AUCell, оценивает активность регулонов в отдельных клетках. Также ученые использовали инструмент GRNBoost в качестве альтернативы GENIE3 на больших наборах данных. Подробную документацию всех перечисленных программ, а также исходный код и обучающие руководства можно найти на сайте проекта.

Чтобы оценить работу алгоритма, ученые протестировали его на данных секвенирования РНК хорошо изученных клеток мышиного мозга. Программа выявила из 1046 исходных модулей коэкспрессии 151 регулонов. Оценивая активность регулонов, ученые выявили ожидаемые типы клеток вместе со списком потенциальных основных регуляторов для каждого типа. Более того, кластерный анализ по типу клетки оказался точнее, чем у многих специализированных методов кластеризации отдельных клеток.

Различные типы раковых клеток, найденных в тканях. Сверху приведены данные для олигодендроглиомы, снизу — для меланомы.

Также исследователи применили SCENIC для определения состояний клеток в наборе данных, полученных РНК-секвенированием 4043 клеток олигодендроглиомы (взятых из шести различных опухолей) и 1252 клеток меланомы (взятых из 14 поражений). Из-за мутаций клеток, специфичных для опухолей, и сложных хромосомных аберраций распознавание состояний раковых клеток оказалось более сложным, чем для случая нормальных клеточных состояний. Обычный кластерный анализ позволяет установить только тип ткани, из которой была взята раковая клетка, но SCENIC разглядел более сложную картину. Для олигодендроглиомы он обнаружил три различных типа клеток, для меланомы — два.

С помощью разработанного учеными алгоритма можно будет построить более точную карту клеток человеческого тела. Также он поможет лучше понять процессы, управляющие производством и активностью различных типов клеток, и позволит эффективнее распознавать различные виды рака.

Ранее мы писали о том, как цифровой анализ изображений и машинное обучение помогли в ранней диагностике меланомы.

12.10.2017 Источник: nplus1.ru

Митохондрия 

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) пришли к выводу, что информация, хранящаяся в митохондриях – это новый биомаркер, способный точно прогнозировать риск внезапной смерти от остановки сердца за десять лет или даже больше.

Ученые предполагают, что тест на основе этой информации в будущем позволит не только предсказать возможную внезапную смерть, но и помочь ее предотвратить – например, заранее начать лечение статинами, для снижения уровня холестерина, или применить другие препараты для коррекции работы сердечно-сосудистой системы.

Этой теме были посвящены два исследования: первое опубликовано в JAMA Cardiology, а второе – в European Heart Journal. В этих исследованиях было показано, что число копий митохондриальной ДНК предсказывает риск внезапной остановки сердца. Ученые выяснили, что чем меньше число копий, тем выше риск смерти по этой причине.

«Мы полагаем, что число копий митохондриальной ДНК является новым маркером факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний, в дополнение к известным предикторам, таким как уровень липопротеинов низкой плотности, общий уровень холестерина и артериальное давление. Число копий митохондриальной ДНК может указать на срочную необходимость начала приема статинов», - рассказал Дэн Аркинг (Dan Arking), исследователь из Института медицинской генетики МакКьюсика-Натана (McKusick-Nathans Institute of Genetic Medicine) – профильного подразделения Университета Джона Хопкинса.

Чтобы изучить роль числа копий митохондриальной ДНК в качестве эффективного предиктора сердечно-сосудистых заболеваний, Аркинг и его команда собрали генетические данные у 21 870 пациентов. Было измерено количество копий митохондриальной ДНК и проведено сравнение с количеством ядерных ДНК. Эти измерения были добавлены в кардиологический калькулятор, который в настоящее время считается золотым стандартом для прогнозирования риска сердечных заболеваний. Он учитывает общий уровень холестерина, артериальное давление, семейный анамнез, стаж курения, вес и другие факторы для прогнозирования 10-летнего риска возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, угрожающих жизни пациента.

Введение нового критерия улучшило прогностическую точность калькулятора. В результате исследования Аркинг точно предсказал, что у шести человек, которые не входили в группу риска по стандартным расчетам, случится опасный для жизни сердечный приступ. А 139 человек, которым калькулятор предписывал профилактическое лечение, в том числе – и статины, на самом деле в нем не нуждались. Статины могут вызывать заболевания печени, мышечную боль, неврологические осложнения и другие побочные эффекты, и благодаря новому анализу 139 человек получили возможность безопасно отказаться от приема препаратов.

Второе исследование, проведенное той же группой ученых, подтвердило выводы первого: число копий митохондриальной ДНК – отличный прогностический критерий для риска внезапной смерти от остановки сердца. В ходе второго эксперимента, Аркинг и его команда измерили число копий митохондриальной ДНК у 11 093 пациентов, наблюдавшихся у кардиологов более 20 лет. Они обнаружили, что в течение 20 лет 361 человек умерли от внезапной остановки сердца. После проверки корреляции с другими факторами риска, исследователи определили, что участники с относительно низким числом копий митохондриальных ДНК подвергаются наибольшему риску внезапной смерти от остановки сердца.

«Подсчет копий митохондриальной ДНК является хорошим биомеркером, поэтому с помощью этого метода мы можем создать клинический тест, который точно идентифицирует группы, подверженные наибольшему риску смерти от остановки сердца. Это очень важно, поскольку у 2/3 пациентов, умерших от внезапной остановки сердца, не проявляют никаких симптомов, которые могли бы предупредить о таком риске», - пояснил Аркинг.

Подробнее по теме:

Диагностика старения организма

Биомаркеры старения

16.10.2017 Источник: medportal.ru

Инсулиновая помпа 

Исследователи из одного из подразделений Гарварда успешно провели очередные клинические испытания искусственной «поджелудочной железы» — инсулиновой помпы с имплантированным под кожу датчиком глюкозы. Новое программное обеспечение с обратной связью позволило адаптировать протокол подачи инсулина и сократить периоды гипогликемии у больных диабетом первого типа. Испытания показали, что устройство обладает терапевтическим эффектом — через 12 недель у пациентов снизился уровень гликилированного гемоглобина. Результаты испытаний опубликованы в журнале Diabetes Care, а кратко о них сообщает сайт Школы инженерии и прикладных наук Гарварда.

Диабет первого типа — заболевание, при котором нарушается функция клеток поджелудочной железы, вырабатывающих инсулин — гормон, регулирующий уровень глюкозы в крови. В результате больные вынуждены делать инъекции инсулина, чтобы избежать гипергликемии.

Устройства, имитирующие функции поджелудочной железы, рассматриваются как наиболее перспективный способ контролировать уровень глюкозы в крови больными диабетом. В прошлом году Управление по контролю за продуктами и лекарственными средствами США (FDA) впервые одобрило коммерческое применение такого устройства. Искусственная «поджелудочная железа» представляет собой инсулиновую помпу с сенсором, постоянно измеряющим концентрацию глюкозы в крови. Подача инсулина осуществляется постоянно, но, как и настоящий орган, устройство реагирует на критическое снижение или повышение уровня глюкозы.

В представленном испытании, прошедшим под контролем FDA, исследователи опробовали новое программное обеспечение, которое еженедельно автоматически подстраивает протокол подачи инсулина в зависимости от физиологических параметров человека, который носит такое устройство. Благодаря этому пациент может вести обычный образ жизни, при этом «орган» самостоятельно регулирует необходимое количество инсулина в зависимости от диеты, физической активности и состояния здоровья человека без вмешательства врача.

В исследовании, которое длилось 12 недель, приняли участие 30 человек с диабетом первого типа в возрасте от 21 до 65 лет. В начале и в конце исследования у участников было измерено содержание в крови гликированного гемоглобина (HbA1C), уровень которого отражает перманентный избыток сахара. К концу испытаний этот показатель снизился на 0.3 пункта, с 7 до 6.7 процентов от общего количества гемоглобина.

Одной из проблем искусственного введения инсулина является слишком сильное падение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия) после введения очередной дозы. Новый протокол по сравнению со стандартным позволил практически устранить проблему гипогликемии. Время, когда уровень глюкозы падал ниже критического значения, не превышало одного-двух процентов от общего времени мониторинга.

Клинические испытания гарвардской группы являются одними из многих испытаний подобных устройств. В основном они касаются использования новых алгоритмов контроля, которые должны добиться максимального уровня корреляции между уровнем глюкозы в крови и подачей инсулина, а также максимально упростить жизнь больных диабетом.

Ранее мы писали о подобном устройстве в форме пластыря, которое способно измерять уровень глюкозы в крови и при необходимости вводить лекарство. 

Материалы по теме:

Поджелудочная железа - регенерация, замена, исскуственные аналоги

17.10.2017 Источник: nplus1.ru

В Великобритании Национальная служба здравоохранения сообщила, что будет оплачивать генную терапию врожденного заболевания, вызывающего у ребенка отсутствие иммунитета. Метод Strimvelis, разработанный компанией GlaxoSmithKline, станет первым видом генной терапии, получившим государственное финансирование в Великобритании. Хотя цена такого лечения составляет более 500 тысяч фунтов стерлингов специалисты признали его более эффективным и, в конечном счете, более финансово оправданным по сравнению с терапией при помощи регулярного приема лекарств.

Метод лечения предназначен для борьбы с дефицитом аденозиндезаминазы (ADA deficiency, ADA-SCID). Он встречается примерно у одного новорожденного на сто тысяч. Из-за мутации в двадцатой хромосоме у больных в организме не вырабатывается фермент аденозиндезаминаза, участвующий в синтезе пуринов. По этой причине нарушается работа естественного иммунитета, и человек становится уязвимым для любой инфекции. Лишь половина детей с этим генетическим расстройством доживает до шести месяцев.

Сразу после рождения такого ребенка необходимо поместить в пластиковый кювет, внутри которого создается стерильная обстановка. В дальнейшем дети вынуждены расти только в защищенных помещениях, а, выходя наружу, носить специальные защитные костюмы, поэтому эту болезнь иногда называют «синдром ребенка в пузыре». Частично облегчить состояние больных может ферментная заместительная терапия – постоянный прием препаратов, заменяющих недостающий фермент. В некоторых случаях помочь больным может пересадка костного мозга.

Первое в истории успешное применение генной терапии было связано именно с лечением АДА-дефицита. Это произошло еще в 1990 году, когда в Бетесде (Мэриленд, США) Уильям Андерсон при помощи модифицированного вируса снабдил исправной копией гена четырехлетнюю девочку Ашанти Де Сильву. Лечение было успешным, по сообщениям 2007 года Ашанти Де Сильва была по-прежнему здорова, хотя и при условии регулярного приема лекарств.

В 2000-е годы последовал еще ряд успешных случаев применение генетической терапии при АДА-дефиците, а также при некоторых других видах врожденного иммунодефицита. Ученые из миланской клиники Сан-Рафаэле, а также компаний GlaxoSmithKline и MolMed создали метод Strimvelis, который годился для широкой клинической практики. Работа над ним велась с 2002 года. 75% детей, участвовавших в клинических испытаниях Strimvelis, не нуждались в дальнейшей ферментной заместительной терапии.

Метод состоит в получении у пациента гемопоэтических стволовых клеток, из которых для дальнейшего использования берутся только клетки, экспрессирующие мембранный белок CD34. Эти клетки культивируют с цитокинами и факторами роста, а затем при помощи вируса вводят в них ген аденозиндезаминазы. Затем клетки возвращают в организм пациента. Они укореняются в костном мозге, делятся и создают зрелые клетки с нормальным геном аденозиндеаминазы. Пока производить все требуемые манипуляции могут только в миланской больнице Сан-Рафаэле.

В подобном лечении нуждаются ежегодно 14 – 15 человек в странах Евросоюза и 12 человек в США. Цена курса высокая – 594 тысяч евро, но по сравнению с регулярными инъекциями ферментной заместительной терапии выходит дешевле, так как подобные инъекции в течение десяти лет жизни будут стоить не менее 4,25 миллиона долларов. Генная терапия проводится всего один раз и должна после этого действовать всю жизнь пациента. В апреле 2016 года комитет Европейского агентства по лекарственным средствам рекомендовал одобрить применение Strimvelis для детей с дефицитом аденозиндезаминазы, у которых нет подходящего донора костного мозга.

Теперь же в Великобритании лечение АДА-дефицита при помощи генной терапии будет оплачиваться Национальной службой здравоохранения. В прошлую пятницу Национальный институт здоровья и клинического совершенствования (National Institute for Health and Clinical Excellence, NICE) опубликовал проект руководства, где указывается, что Strimvelis имеет лучшие показатели выживаемости пациентов по сравнению с заместительной терапией и обычной трансплантацией стволовых клеток. Авторы документа утверждают, что такое лечение даст детям больше шансов жить нормальной жизнью, ходить в школу и общаться с друзьями, не опасаясь опасной для жизни инфекции.

Подробнее по теме:

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ

25.10.2017 Источник: polit.ru