Biotecnologie: la medicina del futuro

Il nuovo numero della rivista “SCIENCE from First Hands” è stato pubblicato “all’indomani” della conferenza tutta russa a partecipazione internazionale “Biotecnologia - Medicina del futuro”, tenutasi a Novosibirsk Akademgorodok nel luglio 2017. Tra gli organizzatori della forum scientifico sono l’Istituto di biologia chimica e medicina fondamentale e l’Istituto di citologia e genetica della SB RAS, nonché l’Università statale di ricerca nazionale di Novosibirsk, dove la ricerca biomedica viene svolta nell’ambito dell’unità accademica strategica “Biologia sintetica ”, che riunisce numerosi partecipanti russi e stranieri, soprattutto istituti della SB RAS di profilo biologico. Nel primo articolo introduttivo del numero, gli autori forniscono una panoramica delle direzioni più attuali e dei risultati promettenti della ricerca relativa allo sviluppo e all’implementazione di nuove tecnologie di ingegneria genetica, cellulare, tissutale, immunobiologica e digitale nella medicina pratica, alcune delle quali che sono presentati in dettaglio in altri articoli del numero

Il rapido sviluppo della scienza biologica, dovuto all’emergere di dispositivi ad alte prestazioni e alla creazione di metodi per manipolare informazioni su biopolimeri e cellule, ha preparato le basi per lo sviluppo della medicina futura. Come risultato di recenti ricerche, sono stati sviluppati metodi diagnostici efficaci e sono emerse opportunità per la progettazione razionale di farmaci antivirali, antibatterici e antitumorali, terapia genica ed editing genomico. Le moderne tecnologie biomediche cominciano sempre più a influenzare l'economia e a determinare la qualità della vita delle persone.

Ad oggi, la struttura e le funzioni delle molecole biologiche di base sono state studiate in dettaglio e sono stati sviluppati metodi per la sintesi di proteine ​​e acidi nucleici. Questi biopolimeri per loro natura sono materiali “intelligenti”, poiché in grado di “riconoscere” e agire in modo altamente specifico su determinati bersagli biologici. Attraverso la “programmazione” mirata di tali macromolecole è possibile creare costrutti molecolari recettoriali per sistemi analitici, nonché farmaci che influenzano selettivamente specifici programmi genetici o proteine.

Le “droghe intelligenti” create utilizzando metodi di biologia sintetica aprono nuove opportunità mirata terapia (mirata) di malattie autoimmuni, oncologiche, ereditarie e infettive. Ciò dà motivo di parlare dell'introduzione nella pratica medica di approcci di medicina personalizzata, focalizzati sul trattamento di una persona specifica.

Con l’aiuto delle moderne tecnologie mediche e farmaceutiche, oggi è possibile curare molte malattie che in passato rappresentavano un enorme problema medico. Ma con lo sviluppo della medicina pratica e l’aumento dell’aspettativa di vita, il compito dell’assistenza sanitaria nel vero senso della parola diventa sempre più urgente: non solo combattere le malattie, ma mantenere la salute esistente in modo che l’uomo possa condurre uno stile di vita attivo. e rimanere un membro a pieno titolo della società fino alla vecchiaia.

Questo problema può essere risolto garantendo un controllo costante ed efficace sullo stato del corpo, che consentirebbe di evitare gli effetti di fattori sfavorevoli e prevenire lo sviluppo della malattia, identificando il processo patologico in una fase molto precoce ed eliminando lo stesso causa della malattia.

In questo senso, il compito principale della medicina futura può essere formulato come “gestione della salute”. È del tutto possibile farlo se si dispone di informazioni complete sull'ereditarietà di una persona e si monitorano gli indicatori chiave delle condizioni del corpo.

Diagnostica "intelligente".

Per gestire la salute, è necessario disporre di metodi minimamente invasivi efficaci e semplici per la diagnosi precoce delle malattie e la determinazione della sensibilità individuale ai farmaci terapeutici, nonché ai fattori ambientali. Ad esempio, problemi come la creazione di sistemi per la diagnostica genetica e l’identificazione degli agenti patogeni delle malattie infettive umane e lo sviluppo di metodi per la determinazione quantitativa di proteine ​​e acidi nucleici – marcatori di malattie – devono essere risolti (e sono già in fase di risoluzione). .

Separatamente, vale la pena evidenziare la creazione di metodi per la diagnostica precoce non invasiva ( biopsia liquida) malattie tumorali basate sull'analisi di DNA e RNA extracellulari. La fonte di tali acidi nucleici sono sia cellule morte che viventi. Normalmente la loro concentrazione è relativamente bassa, ma solitamente aumenta con lo stress e lo sviluppo di processi patologici. Quando si verifica un tumore maligno, gli acidi nucleici secreti dalle cellule tumorali entrano nel flusso sanguigno e tali caratteristici RNA e DNA circolanti possono fungere da marcatori della malattia.

Ora, sulla base di tali marcatori, si stanno sviluppando approcci alla diagnosi precoce del cancro, metodi per prevedere il rischio del suo sviluppo, nonché valutare la gravità della malattia e l'efficacia della terapia. Ad esempio, presso l’Istituto di Biologia Chimica e Medicina Fondamentale della SB RAS è stato dimostrato che nel cancro alla prostata il grado di metilazione alcune sezioni del DNA. È stato sviluppato un metodo per isolare il DNA circolante da campioni di sangue e analizzarne i modelli di metilazione. Questo metodo potrebbe diventare la base per una diagnosi accurata e non invasiva del cancro alla prostata, che oggi non esiste.

Un'importante fonte di informazioni sullo stato di salute può essere la cosiddetta RNA non codificanti, cioè quegli RNA che non costituiscono un modello per la sintesi proteica. Negli ultimi anni è stato stabilito che nelle cellule si formano molti diversi RNA non codificanti, che sono coinvolti nella regolazione di una varietà di processi a livello delle cellule e dell'intero organismo. Lo studio dello spettro dei microRNA e dei lunghi RNA non codificanti in varie condizioni apre ampie opportunità per una diagnosi rapida ed efficace. Presso l’Istituto di biologia molecolare e cellulare SB RAS (IMBB SB RAS, Novosibirsk) e ICBFM SB RAS, numerosi microRNA sono stati identificati come marcatori promettenti di malattie tumorali.

Utilizzando le moderne tecnologie di sequenziamento dell'RNA e del DNA, è possibile creare una piattaforma per la diagnosi e la prognosi del cancro umano basata sull'analisi del contenuto di microRNA e sulla genotipizzazione, ovvero sull'identificazione di varianti genetiche specifiche di un particolare gene, nonché sulla determinazione dei profili espressione(attività) dei geni. Questo approccio presuppone la capacità di effettuare rapidamente e contemporaneamente più analisi utilizzando dispositivi moderni – ​ microchip biologici.

I biochip sono dispositivi in ​​miniatura per l'analisi parallela di specifiche macromolecole biologiche. L'idea di creare tali dispositivi è nata presso l'omonimo Istituto di Biologia Molecolare. V. A. Engelhardt dell'Accademia russa delle scienze (Mosca) alla fine degli anni '80. In breve tempo, le tecnologie dei biochip sono emerse come un campo di analisi indipendente con una vasta gamma di applicazioni pratiche, dallo studio dei problemi fondamentali della biologia molecolare e dell’evoluzione molecolare all’identificazione di ceppi batterici resistenti ai farmaci.

Oggi, l'IMB RAS produce e utilizza nella pratica medica sistemi di test originali per identificare gli agenti patogeni di una serie di infezioni socialmente significative, inclusa la tubercolosi, identificando contemporaneamente la loro resistenza ai farmaci antimicrobici; sistemi di test per valutare la tollerabilità individuale dei farmaci citostatici e molto altro ancora.

Lo sviluppo di metodi diagnostici bioanalitici richiede un miglioramento costante sensibilità  – ​la capacità di fornire un segnale affidabile quando si registrano piccole quantità della sostanza rilevata. Biosensori  – ​si tratta di una nuova generazione di dispositivi che consentono l’analisi specifica del contenuto di vari marcatori di malattie in campioni di composizione complessa, il che è particolarmente importante quando si diagnosticano le malattie.

IBFM SB RAS in collaborazione con l'Istituto di fisica dei semiconduttori di Novosibirsk SB RAS sta sviluppando microbiosensori basati su transistor ad effetto di campo, che sono tra i dispositivi analitici più sensibili. Un tale biosensore consente il monitoraggio in tempo reale dell'interazione delle biomolecole. La sua parte costitutiva è una di queste molecole interagenti, che svolge il ruolo di sonda molecolare. La sonda cattura un bersaglio molecolare dalla soluzione analizzata, la cui presenza può essere utilizzata per giudicare le caratteristiche specifiche della salute del paziente.

"Medicina complementare

La decodifica dei genomi degli esseri umani e degli agenti patogeni di varie infezioni ha aperto la strada allo sviluppo di approcci radicali al trattamento delle malattie prendendo di mira la loro causa principale: i programmi genetici responsabili dello sviluppo dei processi patologici. Una profonda comprensione del meccanismo della malattia in cui sono coinvolti gli acidi nucleici rende possibile la progettazione di acidi nucleici terapeutici che ripristinano una funzione perduta o bloccano la patologia risultante.

Tale effetto può essere ottenuto utilizzando frammenti di acidi nucleici - ​sintetici oligonucleotidi, in grado di interagire selettivamente con determinate sequenze nucleotidiche nei geni bersaglio secondo il principio complementarietà. L'idea stessa di utilizzare oligonucleotidi per effetti mirati sui geni è stata avanzata per la prima volta nel laboratorio di polimeri naturali (in seguito Dipartimento di Biochimica) dell'Istituto di Chimica Bioorganica SB RAS di Novosibirsk (ora Istituto di Biologia Chimica e Medicina Fondamentale SB RAS). I primi farmaci furono creati a Novosibirsk mirati ai geni per l’inattivazione selettiva degli RNA virali e di alcuni RNA cellulari.

Simili farmaci terapeutici mirati ai geni vengono ora sviluppati attivamente sulla base degli acidi nucleici, dei loro analoghi e coniugati (oligonucleotidi antisenso, RNA interferente, aptameri, sistemi di editing genomico). La ricerca negli ultimi anni ha dimostrato che, sulla base di oligonucleotidi antisensoè possibile ottenere un'ampia gamma di sostanze biologicamente attive che agiscono su varie strutture genetiche e innescano processi che portano allo "spegnimento" temporaneo dei geni o ai cambiamenti nei programmi genetici - ​la comparsa mutazioni. È stato dimostrato che con l'aiuto di tali composti è possibile sopprimere il funzionamento di alcuni RNA messaggero cellule viventi, influenzando la sintesi proteica e proteggendo anche le cellule dalle infezioni virali.

Oggi, gli oligonucleotidi antisenso e gli RNA che sopprimono le funzioni dell'mRNA e dell'RNA virale vengono utilizzati non solo nella ricerca biologica. Sono in corso test su una serie di farmaci antivirali e antinfiammatori creati sulla base di analoghi artificiali di oligonucleotidi e alcuni di essi stanno già iniziando ad essere introdotti nella pratica clinica.

Il Laboratorio di Chimica Biomedica dell'IBFM SB RAS, lavorando in questa direzione, è stato creato nel 2013 grazie ad un mega-finanziamento scientifico da parte del Governo della Federazione Russa. Il suo organizzatore era il professore dell'Università di Yale, il premio Nobel S. Altman. Il laboratorio sta conducendo ricerche sulle proprietà fisico-chimiche e biologiche di nuovi promettenti oligonucleotidi artificiali, sulla base dei quali vengono sviluppati farmaci antibatterici e antivirali mirati all'RNA.

Nell'ambito del progetto guidato da S. Altman, è stato condotto uno studio sistematico su larga scala sugli effetti di vari analoghi artificiali di oligonucleotidi su microrganismi patogeni: Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Staphylococcus aureus e virus dell'influenza. Sono stati identificati i geni bersaglio che possono sopprimere più efficacemente questi agenti patogeni; Sono in corso di valutazione le caratteristiche tecnologiche e terapeutiche degli analoghi oligonucleotidici più attivi, compresi quelli che presentano attività antibatterica e antivirale.

All'ICBFM SB RAS, per la prima volta al mondo, hanno sintetizzato fosforilguanidina derivati ​​oligonucleotidici. Questi nuovi composti sono elettricamente neutri, stabili negli ambienti biologici e si legano fortemente ai target di RNA e DNA in un'ampia gamma di condizioni. Grazie alla loro gamma di proprietà uniche, sono promettenti per l'uso come agenti terapeutici e possono anche essere utilizzati per migliorare l'efficienza degli strumenti diagnostici basati sulle tecnologie dei biochip.

Gli effetti antisenso sugli RNA messaggeri non si limitano al semplice blocco giunzione(il processo di “maturazione” dell’RNA) o sintesi proteica. Più efficace è il taglio enzimatico dell'mRNA, provocato dal legame di un oligonucleotide terapeutico al bersaglio. In questo caso, l'oligonucleotide, induttore della scissione, può successivamente contattare un'altra molecola di RNA e ripetere la sua azione. L'ICBFM SB RAS ha studiato l'effetto degli oligonucleotidi che, quando legati all'mRNA, formano complessi che possono servire come substrati per l'enzima RNasi P. Questo enzima stesso è RNA con proprietà catalitiche ( ribozima).

Non solo i nucleotidi antisenso, ma anche l'RNA a doppio filamento, agendo secondo il meccanismo, si sono rivelati un mezzo estremamente potente per sopprimere l'attività genetica Interferenza dell'RNA. L'essenza di questo fenomeno è che, entrando nella cellula, i lunghi dsRNA vengono tagliati in brevi frammenti (i cosiddetti piccolo RNA interferente, siRNA), complementare ad una certa regione dell'RNA messaggero. Legandosi a tale mRNA, i siRNA innescano l'azione di un meccanismo enzimatico che distrugge la molecola bersaglio.

L'uso di questo meccanismo apre nuove opportunità per la creazione di un'ampia gamma di farmaci non tossici altamente efficaci per sopprimere l'espressione di quasi tutti i geni, compresi quelli virali. Presso l'ICBFM SB RAS sono stati progettati promettenti farmaci antitumorali basati su piccoli RNA interferenti, che hanno mostrato buoni risultati negli esperimenti sugli animali. Una delle scoperte interessanti è l'RNA a doppio filamento con una struttura originale, che stimola la produzione di interferone, sopprimendo efficacemente il processo di metastasi tumorale. Una buona penetrazione del farmaco nelle cellule è assicurata da nuovi trasportatori cationici. liposomi(vescicole lipidiche), sviluppato in collaborazione con specialisti dell'Università statale di tecnologie di chimica fine di Mosca intitolata a M.V.

Nuovi ruoli degli acidi nucleici

Lo sviluppo del metodo della reazione a catena della polimerasi, che rende possibile riprodurre gli acidi nucleici – DNA e RNA – in quantità illimitate, e l’emergere di tecnologie per la selezione molecolare degli acidi nucleici hanno reso possibile la creazione di RNA e DNA artificiali con proprietà specifiche . Vengono chiamate molecole di acido nucleico che legano selettivamente determinate sostanze aptameri. Sulla base di essi si possono ottenere farmaci che bloccano le funzioni di qualsiasi proteina: enzimi, recettori o regolatori dell'attività genetica. Attualmente sono già stati ottenuti migliaia di aptameri diversi, ampiamente utilizzati in medicina e tecnologia.

Uno dei leader mondiali in questo campo è un'azienda americana Soma Logic Inc. – ​crea il cosiddetto comienti, che vengono selezionati selettivamente da librerie di acidi nucleici modificati chimicamente in base al livello di affinità per determinati bersagli. Le modifiche alla base azotata conferiscono a tali aptameri un'ulteriore funzionalità "simile alle proteine", che garantisce un'elevata stabilità dei loro complessi con i bersagli. Inoltre, ciò aumenta la probabilità di successo nella selezione dei coameri per quei composti per i quali non è stato possibile selezionare gli aptameri convenzionali.

Tra gli aptameri con affinità per obiettivi clinicamente rilevanti, ci sono attualmente candidati a farmaci terapeutici che hanno raggiunto la terza fase chiave degli studi clinici. Uno di essi è Macugen  – ​già utilizzato nella pratica clinica per il trattamento delle patologie retiniche; farmaco per il trattamento della degenerazione maculare senile della retina Fovista completa con successo i test. E ci sono molti farmaci simili in cantiere.

Ma la terapia non è l’unico scopo degli aptameri: sono di grande interesse per i bioanalisti come molecole di riconoscimento durante la creazione biosensori aptameri.

All'IKhBFM, insieme all'Istituto di biofisica SB RAS (Krasnoyarsk), si stanno sviluppando aptasensori bioluminescenti con una struttura commutabile. Sono stati ottenuti aptameri che agiscono come un blocco reporter del sensore per la fotoproteina attivata da Ca 2+ imbiancare, che è una comoda etichetta bioluminescente. Questo sensore è in grado di “catturare” le molecole solo di alcune proteine ​​che devono essere rilevate nel campione. Attualmente, utilizzando questo schema vengono progettati biosensori commutabili per proteine ​​del sangue modificate che fungono da marcatori del diabete.

Un nuovo oggetto tra gli acidi nucleici terapeutici è lo stesso RNA messaggero. Azienda Terapie moderne(USA) sta attualmente conducendo studi clinici su larga scala sull'mRNA. Quando l'mRNA entra in una cellula, agisce come se fosse suo. Di conseguenza, la cellula è in grado di produrre proteine ​​che possono prevenire o arrestare lo sviluppo della malattia. La maggior parte di questi potenziali farmaci terapeutici sono mirati contro le malattie infettive (virus dell’influenza, virus Zika, citomegalovirus, ecc.) e le malattie oncologiche.

Le proteine ​​come medicina

Gli enormi successi della biologia di sintesi negli ultimi anni si sono riflessi nello sviluppo di tecnologie per la produzione di proteine ​​terapeutiche, già ampiamente utilizzate in clinica. Innanzitutto, questo vale per gli anticorpi antitumorali, con l'aiuto dei quali è diventata possibile una terapia efficace per una serie di malattie oncologiche.

Ora stanno comparendo sempre più nuovi farmaci proteici antitumorali. Un esempio potrebbe essere un farmaco lattaptina, creato presso l'ICBFM SB RAS sulla base di un frammento di una delle principali proteine ​​del latte umano. I ricercatori hanno scoperto che questo peptide induce apoptosi(“suicidio”) di cellule provenienti da una coltura di cellule tumorali standard: adenocarcinoma mammario umano. Utilizzando metodi di ingegneria genetica, sono stati ottenuti numerosi analoghi strutturali del lattaptina, dai quali è stato selezionato quello più efficace.

Test su animali da laboratorio hanno confermato la sicurezza del farmaco e la sua attività antitumorale e antimetastatica contro numerosi tumori umani. La tecnologia per produrre lattaptina in sostanza e forma di dosaggio è già stata sviluppata e sono stati prodotti i primi lotti sperimentali del farmaco.

Gli anticorpi terapeutici sono sempre più utilizzati per trattare le infezioni virali. Gli specialisti dell'ICBFM SB RAS sono riusciti a creare un anticorpo umanizzato contro il virus dell'encefalite trasmessa dalle zecche utilizzando metodi di ingegneria genetica. Il farmaco ha superato tutti i test preclinici, dimostrando la sua elevata efficacia. Si è scoperto che le proprietà protettive dell'anticorpo artificiale sono cento volte superiori a quelle di un preparato anticorpale commerciale ottenuto dal siero di un donatore.

Invasione dell'ereditarietà

Le scoperte degli ultimi anni hanno ampliato le possibilità della terapia genica, che fino a poco tempo fa sembrava fantascienza. Tecnologie editing genomico, basati sull'utilizzo del sistema RNA-proteina CRISPR/Cas, sono in grado di riconoscere determinate sequenze di DNA e di introdurre in esse delle rotture. Durante la "riparazione" ( riparazioni) tali disturbi possono essere corretti mediante mutazioni responsabili di malattie, oppure possono essere introdotti nuovi elementi genetici a fini terapeutici.

L'editing genetico apre la prospettiva di una soluzione radicale al problema delle malattie genetiche modificando il genoma fecondazione in vitro. La possibilità fondamentale di cambiamenti mirati nei geni di un embrione umano è già stata dimostrata sperimentalmente e la creazione di una tecnologia che garantisca la nascita di bambini esenti da malattie ereditarie è un compito per il prossimo futuro.

Utilizzando l’editing genomico non si possono solo “aggiustare” i geni: questo approccio può essere utilizzato per combattere le infezioni virali resistenti alla terapia convenzionale. Stiamo parlando di virus che integrano il loro genoma nelle strutture cellulari dell'organismo, dove è inaccessibile ai moderni farmaci antivirali. Questi virus includono l'HIV-1, i virus dell'epatite B, i papillomavirus, i poliomavirus e numerosi altri. I sistemi di editing genomico possono inattivare il DNA virale all’interno di una cellula tagliandolo in frammenti innocui o introducendovi mutazioni inattivanti.

È ovvio che l’uso del sistema CRISPR/Cas come mezzo per correggere le mutazioni umane diventerà possibile solo dopo che sarà migliorato per garantire un elevato livello di specificità e condurre un’ampia gamma di test. Inoltre, per combattere con successo le pericolose infezioni virali, è necessario risolvere il problema del rilascio efficace degli agenti terapeutici alle cellule bersaglio.

Prima c’era una cellula staminale

Uno dei settori in più rapida crescita in medicina è terapia cellulare. I paesi leader stanno già conducendo studi clinici sulle tecnologie cellulari sviluppate per il trattamento di malattie virali autoimmuni, allergiche, oncologiche e croniche.

In Russia, il lavoro pionieristico sulla creazione di agenti terapeutici basati su cellule staminali e i vaccini cellulari sono stati eseguiti presso l’Istituto di immunologia fondamentale e clinica della filiale siberiana dell’Accademia russa delle scienze (Novosibirsk). Come risultato della ricerca, sono stati sviluppati metodi per il trattamento del cancro, dell'epatite B e delle malattie autoimmuni, che hanno già iniziato ad essere utilizzati in clinica in modalità sperimentale.

Oggigiorno sono diventati estremamente rilevanti i progetti per la creazione di banche di colture cellulari da pazienti con malattie ereditarie e oncologiche per testare farmaci farmacologici. Presso il Centro Scientifico di Novosibirsk, un tale progetto è già in fase di attuazione da parte di un team interistituzionale sotto la guida del prof. SM Zakiyan. Gli specialisti di Novosibirsk hanno sviluppato tecnologie per introdurre mutazioni in cellule umane in coltura, dando vita a modelli cellulari di malattie come la sclerosi laterale amiotrofica, il morbo di Alzheimer, l'atrofia muscolare spinale, la sindrome del QT lungo e la cardiomiopatia ipertrofica.

Sviluppo di metodi per la produzione da cellule somatiche convenzionali stelo pluripotente, capace di trasformarsi in qualsiasi cellula di un organismo adulto, ha portato all'emergere dell'ingegneria cellulare, che consente di ripristinare le strutture danneggiate del corpo. Le tecnologie per la produzione di strutture tridimensionali per l'ingegneria cellulare e tissutale basate su polimeri biodegradabili si stanno sviluppando in modo sorprendentemente rapido: protesi vascolari, matrici tridimensionali per la crescita del tessuto cartilagineo e la costruzione di organi artificiali.

Così hanno preso il nome gli specialisti dell'ICBFM SB RAS e del Centro nazionale di ricerca medica. E. N. Meshalkina (Novosibirsk) ha sviluppato una tecnologia per la creazione di vasi sanguigni protesici e valvole cardiache utilizzando il elettrofilatura. Utilizzando questa tecnologia, da una soluzione polimerica si possono ottenere fibre con uno spessore che varia da decine di nanometri a diversi micron. Dopo una serie di esperimenti è stato possibile selezionare prodotti con caratteristiche fisiche eccezionali, che ora vengono sottoposti con successo ai test preclinici. Grazie alla loro elevata biocompatibilità ed emocompatibilità, tali protesi vengono eventualmente sostituite dai tessuti del corpo.

Il microbioma come oggetto e soggetto di terapia

Ad oggi, i genomi di molti microrganismi che infettano gli esseri umani sono stati ben studiati e decifrati. Sono inoltre in corso ricerche su comunità microbiologiche complesse costantemente associate all'uomo - ​ microbiomi.

Anche gli scienziati nazionali hanno dato un contributo significativo a quest'area di ricerca. Pertanto, gli specialisti del Centro scientifico statale di virologia e biochimica “Vector” (Koltsovo, regione di Novosibirsk) sono stati i primi al mondo a decifrare i genomi dei virus Marburg e del vaiolo, e gli scienziati dell’Istituto di biologia chimica e microbiologia del La sezione siberiana dell'Accademia russa delle scienze ha decifrato i genomi del virus dell'encefalite trasmessa dalle zecche, l'agente eziologico della borreliosi trasmessa dalle zecche, comune nella Federazione Russa. Sono state studiate anche le comunità microbiche associate a vari tipi di zecche pericolose per l'uomo.

Nei paesi sviluppati oggi sono attivamente in corso lavori volti a creare mezzi per regolare il microbioma del corpo umano, principalmente il suo tratto digestivo. Come si è scoperto, lo stato di salute dipende in gran parte dalla composizione del microbioma intestinale. Esistono già metodi per influenzare il microbioma: ad esempio arricchendolo con nuovi batteri terapeutici, utilizzando probiotici, che favoriscono la proliferazione di batteri benefici, nonché l’assunzione di batteriofagi (virus batterici) che uccidono selettivamente i microrganismi “dannosi”.

Recentemente, il lavoro sulla creazione di terapie basate sui batteriofagi si è intensificato in tutto il mondo a causa del problema della diffusione di batteri resistenti ai farmaci. La Russia è uno dei pochi paesi in cui è consentito l'uso dei batteriofagi in medicina. Nella Federazione Russa esiste una produzione industriale di farmaci sviluppata in epoca sovietica e per ottenere batteriofagi più efficaci è necessario migliorarli e questo problema può essere risolto utilizzando metodi di biologia sintetica.

Il problema è stato risolto in numerosi organismi di ricerca della Federazione Russa, tra cui l'ICBFM SB RAS. L'istituto ha caratterizzato i preparati fagici prodotti industrialmente nella Federazione Russa, ha decifrato i genomi di numerosi batteriofagi e ne ha creato una raccolta, che comprende virus unici che promettono di essere utilizzati in medicina. La clinica dell’Istituto sta lavorando su meccanismi per fornire cure personalizzate ai pazienti affetti da infezioni batteriche causate da microrganismi resistenti ai farmaci. Questi ultimi si verificano durante il trattamento del piede diabetico, nonché a seguito di piaghe da decubito o complicanze postoperatorie. Sono inoltre in fase di sviluppo metodi per correggere i disturbi nella composizione del microbioma umano.

Possibilità completamente nuove per l'uso dei virus si aprono in connessione con la creazione di tecnologie per ottenere sistemi intelligenti con un'azione altamente selettiva su determinate cellule. Stiamo parlando di virus oncolitici, capace di infettare solo le cellule tumorali. Molti di questi virus vengono già utilizzati sperimentalmente in Cina e negli Stati Uniti. Il lavoro in questo settore viene svolto anche in Russia, con la partecipazione di specialisti delle organizzazioni di ricerca di Mosca e Novosibirsk: IMB RAS, SSC VB “Vector”, Università statale di Novosibirsk e ICBFM SB RAS.

Il rapido sviluppo della biologia sintetica dà motivo di aspettarsi nei prossimi anni importanti scoperte e l'emergere di nuove tecnologie biomediche che salveranno l'umanità da molti problemi e consentiranno di gestire effettivamente la salute e non solo di curare malattie ereditarie e "acquisite".

L’ambito della ricerca in questo settore è estremamente ampio. I gadget già disponibili non sono semplici giocattoli, ma dispositivi davvero utili che forniscono quotidianamente a una persona le informazioni necessarie per controllare e mantenere la salute. Le nuove tecnologie per un esame rapido e approfondito consentono di prevedere o rilevare tempestivamente lo sviluppo di una malattia, e i farmaci personalizzati basati su biopolimeri informativi “intelligenti” risolveranno radicalmente i problemi della lotta alle malattie infettive e genetiche in un futuro molto prossimo.

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Oggi i biotecnologi devono affrontare molti problemi tecnologici irrisolti. Gli organismi biologici possono essere modificati per soddisfare i bisogni umani utilizzando metodi di ingegneria cellulare e genetica. Ad esempio, migliorare la qualità dei prodotti, ottenere nuovi tipi di piante e modificare animali, conferire agli organismi viventi le proprietà necessarie e creare nuovi farmaci utilizzando l'ingegneria genetica, la selezione artificiale e l'ibridazione.

Tuttavia, per lavorare come biotecnologo è necessario conoscere non solo la genetica, la biologia molecolare, la biochimica, la biologia cellulare, ma anche la botanica, la chimica, la matematica, l'informatica, la fisica e altro ancora. In parole povere, i biotecnologi sono ingegneri nel campo delle scienze naturali ed esatte. Il direttore generale dell'innovativa società biotecnologica Biocad Dmitry Morozov ha parlato di questa interessante professione e del futuro della biotecnologia.

Biocad è una società internazionale di biotecnologie innovative. Dispone di un centro di ricerca e conduce studi preclinici e clinici sui propri prodotti farmaceutici. Il Dipartimento di Ricerca Avanzata di Biocad è impegnato nello sviluppo di farmaci avanzati per terapie geniche e cellulari, nonché nella ricerca e analisi di percorsi, modelli e bersagli di segnalazione che consentono lo sviluppo della medicina preventiva.

Dmitrij Morozov,

Amministratore Delegato di Biocad

Cos'è la biotecnologia?

La biotecnologia è l’uso di sistemi viventi, cellule e organismi per i bisogni umani pratici. Cioè, l'uso della scienza moderna per manipolare gli oggetti viventi al fine di ottenere qualche beneficio e migliorare la vita umana.

La biotecnologia è guidata dai bisogni. Ad esempio, non per niente le persone viaggiano verso nord e studiano i geyser. Capiscono che possono cercare per 10 anni e non trovare nulla. Ma lo fanno comunque, perché prima o poi troveranno un batterio che permetterà di produrre biocarburante a basso costo utilizzando un gene di questo batterio. In un modo o nell'altro, ogni persona, quando è impegnata nella scienza, spera di applicarla (tranne i fisici teorici, anche se, probabilmente, vorrebbero anche volare nello spazio). In Biocad utilizziamo i microrganismi per creare medicinali.

Esistono molte discipline nella biotecnologia e tutti i progetti e le direzioni di successo sono associati a una combinazione di esse.

Dicono che tutte le scoperte avvengano all'intersezione di diverse specialità: matematica, biologia - bioinformatica; biologia, chimica - biochimica; medicina, informatica, biologia - informatica biomedica. Questi sono tutti blocchi separati gestiti da persone diverse. Oggi la biotecnologia è probabilmente più focalizzata sulla creazione di diversi tipi di farmaci. Oltre alla direzione farmaceutica della biotecnologia, sono interessanti l'agricoltura (miglioramento delle proprietà degli alimenti), l'ecologia, l'energia (produzione di biocarburanti) e così via. E, naturalmente, in futuro possiamo pensare alla correzione umana.

Ingegneria genetica e biotecnologie

L'ingegneria genetica occupa un posto importante nella biotecnologia. È ampiamente utilizzato nella ricerca, ma non è affatto necessario utilizzare i suoi metodi per ottenere proprietà utili da un oggetto. Ad esempio, possiamo comprendere le peculiarità del metabolismo del corpo: come vive in un habitat normale e cosa accadrà se lo trasferissimo in un habitat diverso, con altri fattori nutrizionali, in un'atmosfera diversa - forse questo lo aiuterà nel fine, e questo potrebbe moltiplicarsi più velocemente. Ma questa non è ingegneria genetica.

La biotecnologia è la manipolazione della conoscenza che esiste su un dato oggetto. L'ingegneria genetica amplia semplicemente la gamma di possibilità, diverse combinazioni, rende possibile eseguire manipolazioni a livello molecolare e quindi è più precisa.

In realtà la biotecnologia esiste da quando esiste l’agricoltura. In agricoltura c'è spesso un obiettivo pratico specifico, ad esempio sviluppare una razza di cavalli veloci o una pianta resistente al freddo. Le persone lo fanno da centinaia di anni utilizzando l’allevamento selettivo, che in realtà è un metodo di selezione genetica.

Etica della biotecnologia: come vede la società la biotecnologia?

Le persone percepiscono le innovazioni nel campo della biotecnologia in modo diverso. Ci sono esempi negativi e positivi di percezione.

Quelli negativi sono, ad esempio, l'opinione che l'introduzione di cose nuove porterà alla comparsa di virus che si diffonderanno in tutto il mondo e per i quali non esistono vaccini o cure, e che a ciò siano associate epidemie periodiche.

Il lato positivo, ad esempio, è che puoi creare un virus che cambia temporaneamente il colore degli occhi. A poco a poco acquisiscono il loro colore e gocce di antibiotici possono renderli di nuovo blu. Ha poco a che fare con l'assistenza sanitaria nel senso tradizionale, ma è comunque interessante. Tali manipolazioni possono già essere fatte in teoria e la società tratta tali tecnologie in modo positivo e con un sorriso. Tuttavia, in generale, le persone hanno paura di introdurre nuove tecnologie. E per introdurre qualcosa di nuovo, è necessario discutere al massimo livello le questioni etiche legate a un particolare effetto di un farmaco, e questo di solito richiede molto tempo.

Biotecnologie in Biocad: trattamento degli acidi nucleici

Due anni fa in Biocad abbiamo aperto il Dipartimento di Ricerca Avanzata, il cui obiettivo principale è la creazione di medicinali di terapia genica avanzata. Questo termine unisce tre gruppi di farmaci che non sono come tutti gli altri farmaci a cui siamo abituati.

In primo luogo, si tratta di farmaci per la terapia genica, in secondo luogo, si tratta di farmaci basati sulla manipolazione di cellule somatiche e staminali umane e, in terzo luogo, si tratta di farmaci di ingegneria tissutale.

L'azione dei farmaci classici si basa su una piccola molecola di natura chimica o su qualche tipo di proteina, ad esempio un anticorpo, che può essere facilmente ottenuto utilizzando metodi biotecnologici. Nel nostro sviluppo la sostanza medicinale, cioè il fattore attivo, è l'RNA o DNA dell'acido nucleico.

Questo è un nuovo modo di influenzare il corpo umano. Questa direzione ha iniziato a svilupparsi rapidamente non molto tempo fa, quindi viene ancora trattata con cautela.

Come funzionano i farmaci per la terapia genica

La nostra medicina è un virus ricombinante, una nanoparticella basata su un virus, all'interno della quale si trova un gene che manca a una persona malata. Questi prodotti sono solitamente destinati a malattie difficili da trattare (malattie ereditarie con manifestazioni gravi inclusa la morte in tenera età: distrofia, deficit visivo, percezione della luce, immunodeficienza). Si tratta principalmente di malattie monogeniche in cui la manifestazione della malattia è causata da un difetto in un gene. In questi casi vengono trattati molto bene. In laboratorio creiamo particelle virali terapeutiche e i bioinformatici ci aiutano a modellare il loro funzionamento.

Nel caso delle malattie poligeniche, come il cancro, le tecniche di terapia genica possono essere utilizzate per modificare le cellule del sistema immunitario umano per produrre cellule immunitarie con elevata specificità per le cellule tumorali. Nei nostri laboratori i nostri scienziati svolgono l'intero ciclo di sviluppo di queste due tipologie di prodotti (dall'idea alla realizzazione di prototipi pronti per la sperimentazione sugli animali). Probabilmente questo non è il caso da nessuna parte in Russia.

Ricerca avanzata in biotecnologia

medicina del futuro: sviluppo di nuovi tipi di farmaci

Il nostro dipartimento prende il nome dalla US Advanced Research Projects Agency (DARPA). Stanno cercando di introdurre risultati scientifici per aumentare la capacità di difesa del paese: rigenerazione accelerata, donatori universali, armi, ecc.

Forse nei prossimi 5-10 anni, grazie all’interconnessione tra cibernetica e biotecnologia, verranno effettivamente create medicine intelligenti. Per esempio, creando scaglie molto piccole: Questa è una capsula o un robot con particelle di farmaco che circolano nel sangue, dalla quale, a seconda delle condizioni della persona, verrà iniettata nel sangue la sostanza desiderata. Fanno qualcosa di simile, ad esempio, al MIT. Esistono già esempi di successo: a seconda del livello di glucosio, l'insulina viene rilasciata nel corpo, riducendo al minimo il grado di invasività della procedura di trattamento. Una persona ha impiantato un chip una volta, ha fatto un'iniezione e per molto tempo ha dimenticato di dover prendere la medicina.

Anche il famoso futurista Ray Kurzwell afferma che entro il 2025 le persone inizieranno a vivere più a lungo con l’aiuto dei nanorobot. Molto probabilmente si riferisce ai farmaci che combatteranno il cancro.

Nanorobot- un nuovo formato di farmaci, perché dal punto di vista delle sostanze che compongono i farmaci le persone hanno già fatto tutto. Non possiamo offrire altro: sono pochi i tipi di composti chimici che possono essere utilizzati a scopo terapeutico. Questo proteine, piccole molecole o acidi nucleici, che ora vengono utilizzati anche.

Naturalmente, per entrambi e per il terzo è possibile offrire un numero illimitato di opzioni, ma hanno un potenziale applicativo limitato, poiché funzionano secondo principi chimici generali. Non è più possibile influenzare la cellula in nessun altro modo.

Pertanto, in futuro, la questione principale sarà la consegna di questi tre “blocchi” da parte dei nanorobot, che porteranno alla nascita di nuovi formati terapeutici.

Naturalmente, la maggior parte delle persone vuole semplicemente prendere una pillola, ma non tutte le sostanze medicinali possono essere “messe dentro”. Un'opzione più semplice è una capsula. Più efficace: iniezione e supposte. E se esistesse un metodo di trattamento universale, ad esempio attaccando una sorta di chip con un concentrato di farmaco sotto la pelle, ma una volta all'anno, penso che molti lo farebbero.

Foto per gentile concessione di Biocad.

Diagnosi delle malattie

Una persona avrà bisogno dello sviluppo di metodi diagnostici minimamente invasivi in ​​modo che, in parole povere, una goccia di sangue possa determinare rapidamente le condizioni di una persona: se ha il cancro e, in tal caso, se ci sono metastasi, che tipo di cancro, ecc.

Ora questo può essere fatto per un certo numero di millilitri di sangue utilizzando metodi ad alta produttività, ma per ora è piuttosto costoso. Stiamo andando verso la profilazione individuale della persona per sapere tutto di noi stessi fino al livello molecolare. Una persona capirà cosa gli sta succedendo esattamente in questo momento.

Potrebbe esserci qualcosa come un social network di profili in cui verranno archiviati tutti i dati, ad esempio sull'espressione genetica dell'ultimo mese. Sembra che qui tutto sia facile, ma in realtà ci sono miliardi di sequenze, centinaia di geni con mutazioni diverse di vario grado di importanza. Servirà quindi una nuova classe di medici teorici che sappiano interpretare questa enorme mole di dati.

Rigenerazione, intelligenza artificiale

Probabilmente in futuro impareremo a rigenerare tessuti e organi. Gli organi vengono già trasformati da zero in dimensioni reali a partire dalle cellule grazie alla stampa 3D. Stanno anche cercando di ripristinare il midollo spinale dopo un infortunio, stampando neuroni nel sito del danno. In altre parole, inoculare una persona con le proprie cellule, moltiplicate in condizioni di laboratorio.

Gli scienziati faranno inoltre un uso maggiore dell’intelligenza artificiale e delle reti neurali per creare nuovi farmaci. L’intelligenza artificiale autoapprendente dovrà accumulare da sola conoscenze sufficienti per consentirle di dare le risposte corrette. Se questo non viene controllato, probabilmente si verificherà un disastro, ma, d’altro canto, potrà liberare notevolmente le mani dei ricercatori e offrire l’opportunità di generare nuove idee, perché l’intelligenza artificiale prenderà il sopravvento su tutte le procedure di routine.

All’inizio del 2019 si svolgerà a San Pietroburgo un evento significativo per la scienza e la medicina russa: dal 26 al 30 gennaio si terrà la prossima scuola invernale Future Biotech. I relatori della scuola invernale di quest'anno saranno scienziati provenienti dai principali centri scientifici del mondo: Harvard, Yale, University College London e molti altri. Alla scuola parteciperanno anche eminenti scienziati russi, uomini d'affari attivi, responsabili di start-up e studenti ad alta intensità di conoscenza, studenti laureati e giovani ricercatori appassionati di scienza. Il tema chiave di quest'anno è indissolubilmente legato alla medicina ed è dedicato all'editing del genoma e alle tecnologie di terapia genica.

Filosofia del futuro Scuola di biotecnologie

In terzo luogo, si tratta certamente di un contenuto scientifico senza precedenti nella sua portata! Durante le lezioni potrete conoscere in prima persona le ultime scoperte - direttamente dagli scienziati che conducono la ricerca - e discutere con loro i dettagli più importanti.

Pertanto, la scuola è allo stesso tempo l’anello di congiunzione tra la ricerca scientifica e l’impresa, ancora poco sviluppata in Russia, nonché una piattaforma per lo sviluppo del networking professionale e l’aggiornamento delle proprie conoscenze.

Quest'anno il tema chiave della scuola sarà l'editing del genoma e la terapia genica. Oggi, queste tecnologie rappresentano le aree più promettenti e finanziate della medicina e dei prodotti farmaceutici mondiali. Nel 2016, il mercato dei farmaci per la terapia genica era stimato a 584 milioni di dollari. Ed entro il 2023, secondo gli analisti, i ricavi globali derivanti dalla vendita di tali farmaci supereranno i 4,4 miliardi di dollari: una crescita annua di oltre il 30%!

I moderni metodi di ingegneria genetica, in combinazione con altri approcci, stanno facendo una rivoluzione davanti ai nostri occhi nella lotta contro malattie genetiche, oncologiche e autoimmuni precedentemente incurabili. L’ingegneria genetica ci viene in aiuto anche nella lotta contro i batteri resistenti ai più conosciuti antibiotici, che rischiano di diventare la prima causa di morte nel mondo entro il 2050.

Due articoli del nostro progetto speciale sono dedicati alla storia e ai metodi dell’ingegneria genetica “ 12 metodi in immagini» . - Rosso.

Oggi sul mercato mondiale sono presenti solo pochi farmaci basati sulla terapia genica; decine sono in varie fasi di sperimentazione clinica; Secondo il rapporto Ricerche di mercato affini, la stragrande maggioranza dei farmaci di terapia genica viene prodotta per pazienti affetti da patologie tumorali. E nel prossimo futuro – almeno fino al 2023 – questa nicchia manterrà il primato nel mercato. Dopo i farmaci antitumorali ci sono le terapie geniche per malattie rare, malattie cardiovascolari, disturbi neurologici e infezioni.

Il prossimo decennio passerà sotto gli auspici dell'introduzione di nuove terapie volte a trattare tipi aggressivi di cancro, patologie genetiche, neurodegenerative e autoimmuni, nonché dell'introduzione nella pratica di antibiotici di nuova generazione. E in questo punto di svolta, la scienza e l’industria russe devono fare ogni sforzo per prendere il loro posto nel mercato biofarmaceutico globale, diventare un partecipante attivo nella ricerca promettente e, quindi, fornire ai russi l’accesso alla medicina avanzata in futuro. Un passo verso il raggiungimento di questo obiettivo globale dovrebbe essere la scuola invernale Future Biotech 2019. Per questo, i suoi organizzatori hanno invitato a San Pietroburgo i principali scienziati mondiali, il cui lavoro copre le aree più promettenti della biomedicina e della biotecnologia. Parleremo di questi ambiti nel prossimo capitolo.

Quali scoperte in medicina ci aspettano?

Un mondo in cui non esistono quasi malattie incurabili non è più solo un sogno degli scrittori di fantascienza: è un mondo in cui la terapia genica e i metodi di modifica del genoma sono diventati le principali armi della medicina (Fig. 3). Già oggi, grazie a questi approcci, sono stati raggiunti notevoli progressi nel trattamento di diverse patologie precedentemente incurabili, di cui parleremo più avanti.

Terapia genica: verso un mondo senza malattie incurabili

Per continuare il racconto, rinfreschiamo la memoria sulla terminologia. Vengono chiamate malattie ereditarie causate da “rotture” del DNA genetico. Se sono causati da una mutazione in un singolo gene, vengono solitamente chiamati monogenico. Tali malattie includono, ad esempio, la fenilchetonuria, la malattia di Gaucher e l'anemia falciforme. Esistono patologie causate dalla rottura di più geni contemporaneamente (si chiamano poligenico) o un difetto in una parte significativa del cromosoma ( cromosomico malattia). Le malattie poligeniche comprendono alcuni tipi di cancro, diabete, schizofrenia, epilessia, malattia coronarica e molto altro. Il più grande successo oggi è stato ottenuto nel trattamento delle malattie genetiche monogeniche, poiché correggere un singolo gene è un compito metodologicamente più semplice che affrontare malattie poligeniche o anomalie cromosomiche (tuttavia, qui non tutto è senza speranza!). Nella lotta contro le malattie genetiche, la terapia genica e l’editing genomico sono i principali strumenti del futuro nelle mani di un ingegnere genetico.

Il concetto di terapia genica è elegante e bello, come tutte le cose ingegnose. Consiste nel fornire un gene sano in una cellula, che sostituisce la sua versione “difettosa”. La maggior parte delle terapie clinicamente testate e approvate utilizzano sistemi di vettori virali per fornire e integrare la variante genetica sana nelle cellule (Figura 4). Nel prossimo futuro, gli scienziati prevedono lo sviluppo di sistemi non virali per trasportare i geni nelle cellule.

Esistono due approcci principali: la terapia genica postnatale (a volte chiamata somatica) e la terapia genica fetale (altrimenti nota come terapia genica prenatale o fetale, di cui abbiamo recentemente scritto nell'articolo “ Terapia genica fetale: dalla teoria alla pratica» ).

Nel primo caso, i geni vengono introdotti nelle cellule somatiche del corpo, il che migliora le condizioni del paziente, ma il genoma modificato non viene trasmesso ai discendenti, poiché la modifica influisce solo sulle singole popolazioni cellulari senza modificare i genomi delle cellule produttrici di gameti. Questo metodo è giustificato per combattere, ad esempio, il cancro. Nel secondo caso, il DNA viene introdotto nell'embrione in una fase iniziale di sviluppo, il che consente di modificare tutte, la maggior parte o una parte significativa delle cellule fetali. Con questo approccio, i cambiamenti vengono ereditati, poiché anche le cellule germinali porteranno questi cambiamenti. Questo approccio è promettente per combattere le patologie ereditarie più gravi.

La Food and Drug Administration (FDA) americana ha già approvato 16 farmaci basati sulla terapia genica e cellulare. Questi includono trattamenti per tumori aggressivi del sangue, della prostata e una rara forma ereditaria di cecità retinica.

Terapia prenatale presenta una serie di vantaggi rispetto al postnatale, il più grande dei quali è l'assistenza nella fase iniziale dello sviluppo della malattia, quando il processo patologico non è ancora andato lontano. Grazie ai moderni metodi di diagnosi prenatale, è possibile correggere i geni difettosi nelle prime fasi della gravidanza, già alla 14-16a settimana. La correzione dei geni mutanti nel feto in via di sviluppo consente di aumentare rapidamente la popolazione di cellule staminali con una variante genetica “sana”, il che significa che la malattia può essere curata completamente o, almeno, il suo decorso può essere significativamente alleviato. Nonostante le brillanti prospettive, gli scienziati attualmente devono affrontare una serie di problemi irrisolti. La terapia genica fetale aumenta il rischio di aborto spontaneo e di parto prematuro a causa dello sviluppo di reazioni immunitarie nella madre e nel bambino. Inoltre, può portare a conseguenze inaspettate e talvolta catastrofiche già nella fase di sviluppo postnatale. Il gene introdotto può essere integrato in modo aspecifico in qualsiasi punto del genoma e, quindi, interrompere il funzionamento di altri geni, causando una malattia genetica o oncologica. Un altro effetto collaterale della terapia genica fetale è mosaicismo(un fenomeno in cui alcune cellule hanno un gene “corretto”, mentre il resto porta la sua versione “rotta”), che può portare a conseguenze molto imprevedibili in futuro.

In termini di rischi potenziali, è chiaro che la terapia genica fetale dovrebbe essere utilizzata solo per trattare malattie genetiche gravi per le quali non esistono altre opzioni di correzione. Tali patologie includono alcune malattie genetiche rare, come la distrofia muscolare di Duchenne, l'atrofia muscolare spinale, l'insonnia familiare fatale, la fenilchetonuria e la fibrodisplasia. Per trattarli, si stanno sviluppando attivamente opzioni di terapia genica, alcune delle quali sono nelle fasi finali degli studi clinici. Tra le patologie genetiche più rare, ovviamente, c'è la malattia di Gaucher, una malattia neurodegenerativa, la cui forma grave è attualmente incurabile ed è sempre fatale. La malattia di Gaucher è la forma più comune tra le rare enzimopatie ereditarie, cioè le malattie associate a difetti enzimatici. Il suo esempio è stato il primo a dimostrare l'elevata efficacia della terapia genica fetale negli esperimenti sui topi, e ora gli scienziati si stanno preparando per la sperimentazione sull'uomo. Ciò significa che un futuro in cui i bambini affetti dalle malattie genetiche incurabili sopra menzionate potranno guarire arriverà molto presto.

Terapia genetica può essere estremamente efficace in periodo postnatale, anche per il trattamento di pazienti adulti. L'atrofia muscolare spinale (SMA) è diventata un'altra orfano(cioè una malattia genetica rara), la cui tanto attesa speranza per il trattamento è stata data dalla terapia genica. Il 23 dicembre 2016, la FDA ha registrato il primo medicinale per le SMIlies (come vengono affettuosamente chiamati i pazienti affetti da questa malattia) - nusinersen(nome commerciale Spinraza). Secondo i risultati degli studi clinici, le capacità motorie sono migliorate nel 51% dei pazienti e il rischio di morte e di ventilazione permanente è stato ridotto rispetto al gruppo di controllo.

La terapia genica postnatale è estremamente efficace anche nella lotta contro il cancro, che secondo l’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) rappresenta una delle principali cause di morte nei paesi ad alto tenore di vita. Attualmente sono approvati due farmaci: Sìcarta E Kymriah, mirato al trattamento di tipi altamente aggressivi di linfoma a cellule B utilizzando la tecnologia CAR-T. L’essenza di questa tecnologia è “sintonizzare” artificialmente l’immunità del paziente contro le cellule tumorali. I linfociti T vengono prelevati dal paziente e in laboratorio, utilizzando un vettore virale innocuo, viene introdotto nel loro genoma il gene del recettore dell'antigene chimerico (CAR), che consente alle cellule T modificate di riconoscere un antigene specifico sulla superficie del tumore maligno. Cellule B. I linfociti T modificati vengono quindi reintrodotti nel sangue del paziente. Lì iniziano ad attaccare i propri linfociti B, distruggendo i disertori maligni. Tuttavia, con questa terapia il rischio di sviluppare reazioni autoimmuni è elevato. Ciò è dovuto al fatto che gli antigeni con cui i nostri guerrieri (linfociti T modificati) riconoscono i “disertori” a volte si trovano sulla superficie delle cellule sane. I ricercatori stanno lavorando attivamente per risolvere questo problema.

Le terapie basate su CAR-T sono forse l’opzione terapeutica di maggior successo fino ad oggi nell’intersezione tra terapie cellulari e geniche! Questa tecnologia consente di ottenere una remissione completa in circa la metà dei casi di trattamento o di prolungare la vita dei pazienti nella maggior parte degli altri casi.

Terapia genica alla Future Biotech

Le tecnologie basate sull'editing del genoma delle cellule del paziente (CAR-T) e sull'interferenza dell'RNA, oltre ai limiti biologici e bioetici, presentano un altro grave problema: costi estremamente elevati! Ad esempio, un ciclo completo di trattamento farmacologico Sìcarta costa $ 350.000 e un anno di terapia, comprese le iniezioni settimanali Patisiran, costerà al paziente 450.000 dollari. Gli scienziati e le aziende farmaceutiche dovranno risolvere tutti questi problemi in un futuro molto prossimo.

Tecnologia CRISPR-Cas9. Lo strumento di modifica del genoma più accurato

Recentemente, la stampa ha scritto costantemente sui vari successi di questo approccio, e per una buona ragione: dopo tutto, la tecnologia dell'editing del genoma utilizzando il sistema CRISPR-Cas9 è davvero uno sviluppo epocale (Fig. 5)!

Ci sono così tanti articoli su Biomolecule sulla grande e potente tecnologia CRISPR-Cas9 che le abbiamo dedicato un'intera sezione! - Ed.

Il problema di una diffusione così massiccia della resistenza tra i batteri ha molte ragioni. Il processo di acquisizione della resistenza è naturale e inevitabile, ma l'abuso di antibiotici, il loro smaltimento improprio e il rilascio di massa nell'ambiente hanno accelerato così tanto questo processo che alcune infezioni non possono essere trattate nemmeno con complessi di nuovi farmaci. Pertanto, la ricerca di nuovi antibiotici è una priorità per la scienza moderna.

Il bersaglio più comune di tutti gli antibiotici conosciuti è l’apparato di sintesi proteica batterica. L’apparato di traduzione dei procarioti è diverso dal nostro, il che ci permette di utilizzare specifici inibitori della sintesi proteica nei batteri senza danneggiare le cellule del nostro corpo. A causa della massiccia distribuzione di geni di resistenza nei batteri, gli scienziati stanno studiando attivamente il loro apparato di sintesi proteica e cercando nuovi bersagli e inibitori della traduzione. SU

Che un'isola così piccola e poco sviluppata come Cuba riuscito ad essere a capo di una ricerca scientifica che interessa il mondo intero, non smette mai di stupire.

Solo nel campo della lotta contro il cancro, l’elenco dei risultati ottenuti è davvero impressionante. Il dottor Ronaldo Pérez Rodríguez del Centro di Immunologia Molecolare ha dichiarato recentemente in una conferenza internazionale sul tema che Cuba ha 28 farmaci registrati e in vari stadi di sviluppo per combattere il cancro.

Vari vaccini terapeutici, anticorpi monoclonali, interferoni e peptidi vengono sviluppati nelle istituzioni scientifiche della regione biotecnologia, rappresentano oggi la speranza di sollievo per molti milioni di persone che soffrono di questa terribile malattia.

Tuttavia, i risultati ottenuti da Cuba in questo settore sono stati i più impressionanti. Creato 30 anni fa, il Centro di ingegneria genetica e biotecnologia (TsGIB) ha ottenuto risultati significativi e ha dato un contributo significativo alla diagnosi, alla prevenzione e al trattamento di oltre due dozzine di malattie.

Attualmente, TsGIB sta sviluppando più di 50 progetti di ricerca, che includono vaccini, proteine ​​ricombinanti per uso terapeutico, peptidi sintetici e prodotti veterinari per uso agricolo.

Il prodotto più significativo è Heberprot-P, facilitando la guarigione delle ulcere complesse del piede diabetico e riducendo il rischio di amputazione. Il farmaco viene già assunto da circa 49mila pazienti a Cuba e 185mila fuori Cuba.

Questi numeri aumenteranno senza dubbio dopo che questo medicinale sarà incluso nell'elenco dei farmaci vitali in Russia. Elena Maksimkina, direttrice del Dipartimento di regolamentazione statale della circolazione dei medicinali del Ministero della Salute della Federazione Russa e copresidente del gruppo di lavoro russo-cubano sulla salute, ha attirato l'attenzione sui risultati positivi degli studi clinici su Heberprot-P, e il ministro della Sanità Veronika Skvortsova ne hanno commentato l'efficacia durante una teleconferenza con il presidente Vladimir Mettere in.

Il farmaco migliorerà la vita di 200mila russi che soffrono di questa malattia ogni anno, ridurrà il numero di amputazioni e quindi ridurrà il tasso di disabilità, oltre ad aumentare l'aspettativa di vita.

Altri prodotti innovativi dell’industria biofarmaceutica cubana che hanno attirato l’attenzione sia in Russia che in altri paesi sono: HeberNasvac- un medicinale per il trattamento dell'epatite B e Proctokinasa - un medicinale di comprovata efficacia nel trattamento delle emorroidi. Nel campo dell'agricoltura e della medicina veterinaria viene isolato un rodenticida biologico Biorate (Biorat) e nematocida HeberNem.

“Cuba è uno straordinario esempio di successo nella ricerca scientifica”, ha affermato Kirill Kayem, vicepresidente del cluster biomedico di Skolkovo. "Non ho creduto subito che il reddito totale dei prodotti biofarmaceutici a Cuba fosse paragonabile a quello della Federazione Russa", ha aggiunto.

Attualmente il Centro di innovazione studia progetti di ricerca cubani in questo settore, legati principalmente all’oncologia e alle malattie neurodegenerative, e si prevede che alcuni di essi riceveranno finanziamenti per la ricerca congiunta. Tutto indica che si svilupperà la cooperazione scientifica tra Cuba e Russia in questo settore.

Il potenziale scientifico dell'isola è molto grande e questo non è un caso. Riguarda la strategia del governo, che è stata definita proprio all'inizio della rivoluzione e risale a diversi decenni fa. "Il futuro del nostro Paese deve necessariamente essere il futuro degli scienziati", diceva Fidel Castro nel 1960. Anche negli anni peggiori della crisi, la comunità scientifica ha sempre avuto il sostegno statale, che oggi sta dando risultati.

Se tanto è stato ottenuto adesso, nonostante le difficoltà economiche e il blocco Stati Uniti d'America, limitando l’accesso alle tecnologie e ai mercati, cosa potrà realizzare in futuro questo potenziale scientifico, aperto al mondo intero e quando gli scienziati riceveranno gli stipendi che meritano? Forse allora arriverà il futuro degli scienziati.

Nei siti dell'Accademia Park e della NSU si terranno per tre giorni gli eventi scientifici della Conferenza panrussa con partecipazione internazionale “Biotecnologia - Medicina del futuro”.

Ha riunito circa 230 specialisti - dagli accademici agli studenti laureati - provenienti da 14 città della Russia, nonché da Australia, Bielorussia, Germania, Stati Uniti e Giappone. Come ha osservato nel suo discorso di benvenuto il presidente del comitato organizzatore della conferenza, direttore scientifico dell'Istituto di biologia chimica e medicina fondamentale della SB RAS, l'accademico Valentin Viktorovich Vlasov, "... l'evento ha cambiato formato e ampliato la sua portata .”

“La prima conferenza del genere si è tenuta 17 anni fa”, ha precisato V. Vlasov, “e per molto tempo è stata puramente siberiana. C'era un programma accademico generale "Scienze di base in medicina", istituti e gruppi hanno ricevuto sovvenzioni per questo, e alla conferenza i partecipanti dalla Siberia hanno riferito sui risultati: il loro si è tenuto a Mosca, per la parte centrale dell'Accademia delle scienze russa . Ora abbiamo reso la conferenza tutta russa in termini di dimensioni e più predittiva nell’argomento”.

La parte plenaria della conferenza è stata aperta dagli interventi di due esperti invitati: gli accademici Alexander Gabibovich Gabibov e Vadim Markovich Govorun. Entrambi i rapporti si basano sul lavoro di grandi team scientifici: Alexander Gabibov dirige l'omonimo Istituto di chimica bioorganica di Mosca. MM. Shemyakin e Yu.A. Ovchinnikov RAS, Vadim Govorun dirige il Centro scientifico e clinico federale per la medicina fisico-chimica dell'Agenzia medica e biologica federale. Queste organizzazioni collaborano attivamente con le istituzioni accademiche in Siberia, in particolare con il Centro federale di ricerca Istituto di citologia e genetica SB RAS e con l'Istituto di biologia chimica e fisica della SB RAS.

L'accademico A. Gabibov ha delineato un'ampia direzione di ricerca, il cui obiettivo è ottenere molecole superspecifiche. Sono state mostrate applicazioni specifiche: ad esempio, la distruzione di alcuni tipi di cellule - sia cancerose (linfomi) che quelle che disattivano le connessioni neurali quando si utilizzano gas nervini organofosforici (sarin, soman, gas V). "Lo sviluppo da parte di Alexander Gabibov e dei suoi colleghi di programmi e strumenti per la ricerca ad alte prestazioni di molecole e microrganismi con determinate proprietà è di fondamentale importanza: si tratta di un approccio fondamentalmente nuovo per trovare le prossime generazioni di antibiotici", ha commentato l'accademico V. Vlasov. L'accademico V. Govorun ha dedicato il suo discorso a una gamma altrettanto ampia di questioni legate al microbioma umano: l'intero insieme di microrganismi che ci abitano, patogeni e benefici, alcuni dei quali non sono ancora nemmeno conosciuti. Lo scienziato ha prestato particolare attenzione alla microflora del tratto gastrointestinale, dove la parte non studiata, a suo avviso, è di circa il 40%, e gli effetti sul corpo di questa "fabbrica immunitaria" rientrano in una vasta gamma: dal diabete alla nascita prematura e così via.

"Anche altri meravigliosi scienziati tengono presentazioni", ha osservato l'accademico V. Vlasov. – In particolare, si tratta dei membri corrispondenti dell’Accademia russa delle scienze Maria Andreevna Lagarkova, Sergei Mikhailovich Deev e molti altri. In generale, la conferenza ora mira, prima di tutto, a fissare obiettivi a lungo termine e a stabilire nuovi contatti”. Dopo tre giorni di presentazioni plenarie, sezionali e poster, NSU ospiterà una parte specializzata dedicata alle startup nelle tecnologie biomediche e al business game “Startup-Biotech”.