Блог новостной категории

От живых компьютеров к нанороботам: где еще можно применить ДНК?

3019370 poster 1280 dna

ДНК — одна из самых невероятных молекул в природе, в которой содержатся инструкции, необходимые для создания практически любой формы жизни на Земле. Ученые ищут другие применения ДНК, используя ее не только для хранения информации, но и для создания физических компонентов биологических машин.

Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, переносит генетическую информацию, которая нужна нам и всем живым организмам. Вы знаете ее как знаменитую двойную спираль, состоящую из двух одноцепочечных молекул ДНК. Каждая из них состоит из серии молекулярных компонентов четырех разных типов: аденина (А), гуанина (G), тимина (T) и цитозина (C).

Гены состоят из различных последовательностей этих компонентов, а порядок, в котором они проявляются в цепочке ДНК, кодирует генетическую информацию. Точно проектируя различные последовательности A, G, T и C, ученые недавно смогли разработать новые способы складывания ДНК в форме типа оригами, не только в традиционную двойную спираль.

Такой подход открывает новые возможности использования ДНК, не считая ее генетического и биологического назначения, превращения ее в материал типа LEGO для строительства наномасштабных объектов (размерами в несколько миллиардных долей метра). Материалы на основе ДНК уже используются в электронных наноустройствах и точной перевозке лекарств в больные клетки.

Нанотермометры на основе ДНК

Создание электронных устройств нанометровых размеров открывает кучу возможностей применения, но обнаруживать дефекты становится труднее. Чтобы решить эту проблему, ученые Университета Монреаля использовали ДНК для создания сверхчувствительных наноразмерных термометров, которые смогут помочь найти миниатюрные горячие точки в наноустройствах (которые укажут на дефект). Их также можно использовать для определения температуры внутри живых клеток.

Нанотермометры делают из петель ДНК, которые выступают в роли переключателей, сворачиваясь и разворачиваясь в ответ на изменения температуры. Это движение можно обнаружить, присоединив к ДНК оптические зонды. Затем ученые хотят встроить эти нанотермометры в более крупные ДНК-устройства, которые смогут работать внутри человеческого тела.

Биологические нанороботы

Ученые из Гарвардской школы медицины использовали ДНК для проектирования и строительства наноразмерного робота, который выступает в качестве переносчика лекарств в целевые клетки. Наноробот выполнен в форме открытой бочки из ДНК, две половинки которой соединены одним шарниром с рычажками из ДНК. Эти рычажки могут распознавать комбинации определенных белков, присутствующих на поверхности клетки, которые связаны с болезнями.

dna computers nanorobots 2

Когда робот вступает в контакт с нужными клетками, он открывает контейнер и высвобождает груз. Применяя таких роботов к смеси здоровых и раковых человеческих кровяных клеток, ученые смогли выделить и убить половину раковых клеток, оставив здоровые клетки неповрежденными.

Биокомпьютеры в живых животных

Поскольку структуры ДНК могут действовать как переключатели, переходя из одного положения в другое, их можно использовать для выполнения логических операций, которые лежат в основе компьютерных вычислений. Ученые из Гарвардского университета и Университета Бар-Илан в Израиле использовали этот принцип для строительства различных наномасштабных роботов, которые могут взаимодействовать между собой, используя переключатели ДНК для производства различных сигналов.

Более того, ученые имплантировали этих роботов в живое животное — таракана. Это позволило им разработать новый тип биологического компьютера, который может контролировать доставку терапевтических молекул внутри таракана, переключая элементы их структур, вкл/выкл. Теперь ученые планируют испытать этих нанороботов на основе ДНК в организме человека.

Светособирающие антенны

Помимо создания миниатюрных машин, ДНК можно использовать для воспроизводства природных процессов в наномасштабах. Например, природа может впитывать энергию солнца, используя фотосинтез для преобразования света в химическую энергию, которая выступает топливом для растений и других организмов (и животных, поедающих их). Ученые из Университета штата Аризона и Университета Британской Колумбии построили структуру ДНК, способную улавливать и передавать свет, имитируя процесс фотосинтеза.

Фотосинтез протекает в живых организмах, благодаря крошечным антеннам, состоящим из большого числа пигментных молекул, расположенных определенным образом, способных поглощать видимый свет. Искусственные структуры на основе ДНК выступают как подобные антенны, контролируя положение определенных молекул красителя, которые поглощают энергию света и проводят ее в центр реакции, где тот преобразуется в химическую энергию. Эта работа может проложить путь к устройствам, способным более эффективно использовать самый обильный источник энергии, который у нас есть: солнечный свет.

Что будет дальше? Пока не знаем. Но природа наделила нас универсальным инструментом в виде ДНК. Осталось только научиться им пользоваться.

18.06.2016 Источник: hi-news.ru

Исследователи доказали, что индуцированные стволовые клетки похожи на эмбриональные

Открытие может приблизить создание искусственных органов в пробирке

4266875

Российские ученые доказали, что стволовые клетки, полученные из обычных клеток организма с помощью репрограммирования, почти не отличаются от эталонных. Об этом пишет научно-популярный портал ТАСС "Чердак" со ссылкой на пресс-службу Московского физико- технического института (МФТИ)

В статье отмечается, что эта работа может приблизить нас к созданию искусственных органов в пробирке. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Cycle. "Ученые сделали вывод, что процесс репрограммирования не оставляет каких-либо конкретных следов в индуцированных стволовых клетках. Все небольшие наблюдавшиеся отличия таких клеток от стволовых эмбриональных клеток исследователи связали с воздействием случайных факторов", - говорится в пресс- релизе.

Что такое стволовые эмбриональные клетки и стволовые индуцированные клетки?

4266870

Особенности плюрипотентных ствоовых клеток

Плюрипотентные стволовые клетки могут неограниченно делиться и превращаться в клетки других типов. Они отвечают за восстановление тканей организма, и теоретически из них можно получить практически любой орган. Но во взрослом организме плюрипотентных стволовых клеток нет - это состояние характерно только для клеток первых дней эмбрионального развития. Поэтому стволовые клетки для медицины предлагают брать из ранних эмбрионов человека, но этот способ имеет очевидные ограничения как этического, так и технического характера.

Альтернативой эмбриональных стволовым клеткам стали индуцированные стволовые клетки. В 2007 году японские ученые показали, что обычные клетки организма можно обратно превратить в стволовые с помощью нескольких операций, выключающих гены, ответственные за клеточную специализацию, и, наоборот, включающих гены, активные в стволовой клетке. Однако до сих пор непонятно, насколько такие индуцированные или, репрограмированные стволовые клетки отличаются от эмбриональных стволовых клеток.

Новое исследование

Российские ученые из Института общей генетики, Федерального научного центра физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ), МФТИ и Казанского федерального университета в своей работе сравнивали эмбриональные стволовые клетки, три типа полученных из них обычных клеток (это были нейроны, фибробласты - клетки соединительной ткани и клетки эпителия сетчатки глаза), а также три типа индуцированных стволовых клеток, репрограммированных обратно из обычных клеток. Все эти клетки содержали один и тот же набор генов, и отличия между ними объяснялись только различными активностями генов.

4266871

Получение ИПСК (индуцированных плюрипотентных стволовых клеток)

Они определили транскриптом клеток, перечислив все активно синтезируемые по ДНК клетке продукты, а также определили какие участки клеточных ДНК метилированы, то есть химически модифицированы метильными группами ( метилирование снижает активность генов). В результате ученые показали, что индуцированные стволовые клетки всех трех типов (из нейронов, фибробластов и эпителия) глобально почти не отличаются от исходных эмбриональных, а все тонкие отличия в механизме регуляции активности их генов могут быть объяснены случайными факторами.

"В ходе исследования мы также сформулировали концепцию наилучшей линии индуцированных плюрипотентных клеток, - рассказывает Дмитрий Ищенко, аспирант МФТИ и научный сотрудник ФНКЦ ФХМ. - Если сначала взять эмбриональную стволовую клетку, потом дать ей превратиться в пять разных специализированных, а потом их их репрограммировать в стволовые, то с вероятностью 95% в этих пяти линиях хотя бы одна окажется такой же, как исходные эмбриональные".

Релиз отмечает, что такую сложную схему будут использовать на практике, но доказанное сходство эмбриональных и индуцированных стволовых клеток делает последние перспективным инструментом для клеточной терапии. Кроме того, знания механизмов регуляции клеточного роста вкупе с тонкой настройкой клеточной специализации важны и для изучения развития организма, и, возможно, для исследования превращения обычных клеток в раковые.

9.06.2016 Источник: tass.ru

Донорство митохондрий признали безопасным

«Детей от трех родителей» пообещали уже в 2017 году

10718

Процедура «трех родителей» – трансплантация митохондрий при экстракорпоральном оплодотворении – была впервые успешно проведена на здоровых эмбрионах человека. Удачное осуществление операции делает возможным ее использование в медицине уже в конце 2017 года, сообщается в журнале Nature (Hyslop et al., Towards clinical application of pronuclear transfer to prevent mitochondrial DNA disease).

Метод «трех родителей» заключается в пересадке ДНК митохондрий от женщины-донора в яйцеклетку матери, в результате чего ребенок получает митохондриальную ДНК от третьей стороны. Ученые полагают, что это позволяет избежать влияния мутаций со стороны матери, которые могут привести к таким заболеваниям, как синдром диабета и глухота.

В 2010 году Дуг Тернбулл (Doug Turnbull) из Ньюкаслского университета и его коллеги разработали новый метод, связанный с тем, что вредоносные митохондрии в яйцеклетке далеки от ядра (с ДНК). Так, можно сначала оплодотворить яйцеклетку, а потом извлечь из нее ядро и пересадить в донорскую клетку со здоровыми митохондриями.

Изначально новый метод испытывали лишь на дефектных эмбрионах, забракованных при процедурах ЭКО. При этом Тернбулл выяснил, что часть опасной митохондриальной ДНК все равно попадает в эмбрион – из-за капель жидкости, приклеивающихся к клеточному ядру во время пересадки.

В рамках нового исследования ученые 200 раз пересадили ядро, используя здоровые донорские яйцеклетки. Ученым удалось усовершенствовать процедуру и резко снизить число вредоносных митохондрий.

В итоге у 79 процентов получившихся эмбрионов оказалось менее 2 процентов вредной мтДНК, при этом в 42 процентах ее вовсе не обнаружили. Минимальным показателем для здорового развития плода считается 30 процентов. Кроме того, исследователи подняли уровень выживаемости эмбрионов с 40 до 90 процентов, сдвинув срок извлечения ядра: ранее эту процедуру осуществляли спустя 24 часа, сейчас – по прошествии 8 часов.

Власти Великобритании должны до конца 2016 года оценить безопасность этого метода и решить, можно ли применять его к живым пациентам.

9.06.2016 Источник: lenta.ru

Разрушающее печень вещество применят в генной терапии

ps Adeno associated virus serotype AAV2 1465462941.jpg.814x610 q85

Группа ученых предложила новый метод решения одной из проблем генной терапии – как добиться, чтобы основную часть работы органа выполняли именно генномодифицированные клетки. Чтобы осуществить такое с клетками печени, они просто предложили уничтожать клетки, не подвергавшиеся модификации. Осуществить столь смелую идею помогли исключительные регенеративные свойства печени. Эксперимент был проведен на лабораторных мышах.

Генная терапия предназначается в первую очередь для лечения заболеваний, связанных с мутациями, которые препятствуют выработке необходимых для организма веществ. Так, один из видов гемофилии возникает из-за мутации в гене, ответственном за производство белка, который называется фактор свертывания крови IX, или фактор Кристмаса. Данный белок вырабатывается клетками печени. Если соответствующий ген в этих клетках не работает, свертываемость крови нарушается. Именно с недостаточной выработкой фактора IX была связана гемофилия у царевича Алексея Романова.

Сейчас ученые используют модифицированный аденоассоциированный вирус (AAV), чтобы доставить в клетки печени цепочку ДНК с работающим вариантом данного гена. Однако до сих пор не удалось сделать так, чтобы пациенты получили достаточное количество фактора IX. Чтобы устранить проявления гемофилии, необходимо поднять содержание этого белка как минимум до 12 % от нормального уровня. Но генная терапия с использованием AAV может обеспечить лишь 6 % или менее. При этом при высоких дозах вируса необходимо применять стероидные препараты для борьбы с иммунным ответом. В итоге в большинстве случаев не удается модифицировать достаточное число клеток печени или поддержать высокую активность новых генов, чтобы дать нужное количество фактора IX.

Выход из положения подсказала способность печени самовосстанавливаться, даже после потери трех четвертей своих клеток. Шон Нюгорд (Sean Nygaard) и его коллеги из лаборатории генной терапии в Oregon Health & Science University создали версию вируса AAV, которая не только несла копию гена фактора IX, а также гена, управляющего его экспрессией, но и фрагмент ДНК, кодирующий короткую цепочку РНК, которая блокирует фермент, вызывающий повреждение ДНК клеток печени и остановку деления при применения препарата CEHPOBA. Таким образом, модифицированные клетки оставались устойчивыми к CEHPOBA, а обычные клетки печени при его введении в организм погибали.

В эксперименте здоровым новорожденным мышатам делали инъекцию соответствующим образом подготовленного вируса, а затем в течение месяца ежедневно вводили препарат CEHPOBA. Другие мыши также получили вирус с геном фактора IX, но препарата CEHPOBA не получали. В конце эксперимента в организме мышей, которым вводился разрушающий печень препарат, уровень фактора IX был в 10 – 30 раз выше.

Об итогах эксперимента сообщается в статье, опубликованной журналом Science Translational Medicine.

9.06.2016 Источник: polit.ru

Успехи иммунотерапии рака

c2f94cea307790b606644f2f8bd36eb3

Результаты целого ряда исследований, представленные на состоявшемся 3-7 июня в Чикаго ежегодном съезде Американского общества клинической онкологии, демонстрируют революционный потенциал иммунотерапии в лечении трудно поддающихся терапии типов злокачественных новообразований, в том числе рака мочевого пузыря и легких.

Одно из них, проведенное под руководством доцента Арьюна Васанта Балара (Arjun Vasant Balar) из Нью-Йоркского университета, показало, что разработанный компанией Genentech препарат антител тесентрик (Tecentriq) уменьшил размеры опухолей мочевого пузыря у четверти из 119 принявших участие в исследовании пациентов с поздними стадиями заболевания. При этом медиана выживаемости для них составила почти 15 месяцев. Для сравнения, медиана выживаемости при использовании традиционных химиотерапевтических подходов составляет 9-10 месяцев.

Тесентрик, предоставляющий иммунной системе возможность атаковать раковые клетки, продемонстрировал эффективность даже при лечении пациентов с поздними стадиями рака мочевого пузыря, которым нельзя проводить химиотерапия по причине плохого состояния здоровья.

На основании предварительных результатов данного исследования Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в ускоренном порядке дало разрешение на коммерческое использование препарата.

Исследователи планируют провести более масштабное клиническое исследование тесентрика в качестве терапии первой линии с участием пациентов с поздними стадиями рака мочевого пузыря, преимущественно поражающего пожилых людей, большинство из которых курят или курили в прошлом.

Новый иммунотерапевтический подход в комбинации с уничтожающим раковые клетки агентом также продемонстрировал свою перспективность в лечении пациентов с мелкоклеточным раком легких – наиболее агрессивной формой рака легких, на которую приходится от 10% до 15% от всех опухолей этого органа. К такому выводу ученые, работающие под руководством Чарльза Рудина (Charles Rudin) из Мемориального онкологического центра им. Слоуна Кеттеринга, пришли на основании результатов отдельного клинического исследования, в котором приняло участие 74 пациента.

Эта терапия представляет собой комбинацию химиотерапии и нового иммунопрепарата ровалпитузумаба тезирина (rovalpituzumab tesirine, Rova-T), разработанного стартапом Stemcentrx, недавно приобретенным американской лабораторией AbbVie.

Данная комбинация блокировала рост опухоли у 98% пациентов с высокими уровнями белка DLL3, экспрессируемого клетками мелкоклеточного рака легких. При этом у 39% участников исследования была зарегистрирована регрессия опухоли. Среди них было несколько пациентов, которым, по оценкам врачей, оставалось жить не больше года.

Европейское исследование, результаты которого были также представлены на съезде, продемонстрировало многообещающие результаты применения иммунотерапии, избирательно воздействующей на белок claudine18.2, экспрессируемый клетками рака желудка на поздних этапах заболевания.

Этот препарат, IMAB362, разработанный немецкой компанией Ganymed Pharmaceuticals, также применялся в комбинации с химиотерапией.

Согласно результатам клинического исследования с участием 161 пациента с агрессивными опухолями желудка, эта комбинация значительно увеличивала выживаемость пациентов, которая составила 13,2-16,7 месяца по сравнению с 8,4-9 месяцами для пациентов группы контроля, прошедших только курс химиотерапии.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам American Society of Clinical Oncology: 2016 ASCO Annual Meeting.

10.06.2016