Перепрограммированные лимфоциты
Американские ученые добились нового успеха в переделке обычных соматических клеток в полноценные аналоги эмбриональных стволовых клеток. Такая переделка осуществляется с помощью введения в клеточные ядра дополнительных генов, запускающих процессы перезаписи генетической информации с хромосомной ДНК на информационную РНК.
До сих пор в качестве исходного материала использовались фибробласты, одна из разновидностей клеток кожных покровов. Проведенные в разных лабораториях исследованиях показали, что для превращения фибробласта в действующую модель эмбриональной стволовой клетки достаточно встроить в него всего лишь четыре специально подобранных гена.
В результате такой операции кожные клетки начинают вести себя подобно стволовым клеткам, выделенные из эмбрионов. Они демонстрируют ту же способность к превращениям в клетки любых специализированных тканей, что и настоящие эмбриональные стволовые клетки. Для этого свойства у биологов есть особый термин – плюрипотентность. По этой причине перепрограммированные соматические клетки называют индуцированными плюрипотентными клетками. Такие клетки сейчас умеют получать как из фибробластов животных, так и из человеческих фибробластов.
Сотрудники Института биомедицинских исследований им. Уайтхеда решили использовать в качестве сырья клетки совершенно иной природы. Экспериментов с человеческими клетками они пока не проводили, работали с мышиными. Джейкоб Ханна и его коллеги подвергли перестройке наследственные структуры зрелых B-лимфоцитов, клеток иммунной системы, ответственных за производство антител.
Эта задача оказалась более сложной и потребовала введения не четырех, а пяти генов. Однако исследователи преодолели все препятствия и сумели создать полноценные индуцированные плюрипотентные клетки.
Нановолокно для спинного мозга
Чикагские исследователи создали жидкий биополимер, залечивающий повреждения спинного мозга. В его состав входят органические молекулы, которые в определенных условиях самопроизвольно выстраиваются в полые трубки нанометрового диаметра, переплетающиеся друг с другом. Именно такие превращения имеют место при его попадании в травмированную зону спинного мозга. В результате она покрывается тончайшей сеткой, которая создает опору для роста новых нервных волокон.
Профессор материаловедения Сэмюэль Стапп и его сотрудники проверили терапевтические возможности своего изобретения в опытах на мышах. У этих животных были перерезаны волокна спинного мозга, проводящие двигательные и сенсорные импульсы. В результате мыши лишились способности передвигать задние конечности и ощущать нижнюю половину тела.
На следующие день ученые ввели новый материал непосредственно в пораженные участки. Наблюдения показали, что эта процедура не только стимулирует рост новых нервов, но также способствует заживлению шрамов, оставшихся после первоначальной травмы. Хотя она и не привела к полному излечению животных, у тех все же частично восстановились утерянные моторные функции. Бегать они уже не могли, однако через два месяца были в состоянии самостоятельно передвигаться.
Профессор Стапп вошел в число основателей молодой компании Nanotope, которая намерена заняться усовершенствованием нового материала с целью его использования в клинической практике. Ученые уже занялись проверкой его воздействия на культуры человеческих клеток и пока что не выявили никаких негативных эффектов.
Клеточное перепрограммирование против болезни Паркинсона
Исследователи Массачусетского технологического института и Гарвардского университета получили обнадеживающие результаты при использовании специально сконструированных нервных клеток для борьбы с тяжелым нейродегенеративным заболеванием - болезнью Паркинсона.
Для начала стоит напомнить наше предыдущее сообщение на эту тему. В конце марта американские и японские ученые известили, что таким способом им удалось улучшить состояние мышей, у которых было искусственно вызвано поражение мозга, аналогичное болезни Паркинсона. В тех экспериментах были использованы эмбриональные стволовые клетки, полученные с помощью хорошо отработанной техники терапевтического клонирования.
Этим термином принято обозначать получение клонированных эмбрионов ради использования их клеток или тканей для медицинских целей. Ученые извлекли из выращенных эмбрионов стволовые клетки и с помощью биостимуляторов заставили их превратиться именно в те нейроны, которые погибают при болезни Паркинсона. Затем эти нейроны были подсажены тем самым мышам, у которых был взят генетический материал для клонирования. У животных, которым была сделана такая трансплантация, наблюдалось значительное ослабление симптомов паркинсонизма.
Новые опыты, выполненные в лаборатории известного специалиста по стволовым клеткам Рудольфа Джаниша, при поверхностном рассмотрении могут показаться чуть ли не простым повторением прежних экспериментов. В них тоже использовались животные, у которых были разрушены именно те нейроны, которые гибнут при болезни Паркинсона – только на сей раз это были не мыши, а крысы.
Экспериментаторы, как и раньше, сначала создали новые нервные клетки этого типа, а затем ввели их в мозг больных животных. Через 8 недель почти у всех крыс, которым была сделана такая трансплантация, было отмечено значительное снижение интенсивности симптомов болезни Паркинсона.
Однако это отнюдь не вся история. Принципиальная особенность новых опытов состоит в том, что в них вообще не применялись эмбриональные стволовые клетки. Мариус Верниг и члены его группы вместо терапевтического клонирования использовали куда более новую технологию создания стволовых клеток, точнее, их очень близких аналогов.
Они извлекли из хвостов животных кожные клетки и подвергли их генетическому перепрограммированию. В клеточные ядра с помощью вирусных носителей были внедрены четыре гена, которые заставили «прооперированные» клетки обрести практически такую же способность к многообразным превращениям, которой обладают настоящие эмбриональные стволовые клетки. После этого ученые стандартным способом заставили эти клетки дать начало специализированным нейронам, потребным для лечения болезни Паркинсона.
Подобные действующие модели эмбриональных стволовых клеток называются индуцированными плюрипотентными клетками, ИПК. Впервые об их создании было объявлено лишь в 2007 году, причем сначала были получены ИПК животных, а затем и человека. Вскоре американские исследователи с успехом использовали ИПК в опытах на животных для генной терапии тяжелого заболевания органов кроветворения, серповидноклеточной анемии. Результаты новых опытов позволяют надеяться на то, что ИПК смогут стать сырьем и для получения нервных клеток, восстанавливающих работу мозга при болезни Паркинсона.
Конечно, от этих опытов еще очень и очень далеко до создания действенных методов терапии болезни Паркинсона и прочих нейродегенеративных заболеваний. Ученые все еще не знают, как ведут себя искусственные нейроны после трансплантации и в какие связи они вступают с другими мозговыми клетками. Исследователями также предстоит проверить, насколько безопасна такая пересадка и, в частности, доказать, что она не грозит возникновением опухолей мозга. Так что работы впереди – непочатый край.
Бактерия на бактерию
Исследователи из Массачусетского технологического института успешно опробовали экспериментальный способ бактериального производства ранее неизвестного антибиотика. Одноклеточные организмы часто синтезируют химические соединения, которые помогают им выжить в конкурентной борьбе с другими обитателями микромира. Эти вещества уже много десятилетий применяются в медицине под названием антибиотиков для борьбы с различными инфекциями. Первый из вошедших в клиническую практику антибиотиков, знаменитый пенициллин, был открыт шотландским бактериологом Александром Флемингом еще в 1929 году.
Хотя в наше время многие антибиотики производятся с помощью методов синтетической химии, основным источником новых препаратов этого типа остаются микроорганизмы - бактерии и грибки. Поэтому ученые постоянно испытывают способность самых различных микробов к производству соединений с антибактериальными свойствами. В последнее время в таких поисках широко используется генетическая информация.
Именно этим путем пошли исследователи из МТИ, работающие в лаборатории профессора микробиологии Энтони Сински. В ходе своих опытов они расшифровали геном почвенной бактерии Rhodococcus fascians. Оказалось, что ее наследственная информация включает несколько генов, которые кодируют синтез веществ, структурно схожих с уже известными антибиотиками. Если бактерию просто выращивали на питательных средах, эти гены бездействовали. Однако они заработали, когда экспериментаторы стали культивировать ее вместе с другой почвенной бактерией из семейства стрептомицетов.
Микробы этой группы служат источником целого ряда сильных антибиотиков, в том числе стрептомицина и эритромицина. Исследователи рассчитывали, что исследуемая бактерия отреагирует на стрептомицетовое соседство активацией своих противомикробных генов.
Идея оказалась удачной. Один из штаммов бактерии Rhodococcus fascians в этих условиях начал вырабатывать ранее неизвестное вещество, с помощью которого он в конце концов подавил размножение стрептомицетовой бактерии. Ученые назвали новое соединение родострептомицином. Химический анализ показал, что это соединение принадлежит группе аминогликозидов, хорошо известному семейству антибиотиков широкого спектра действий, которое также содержит такие известные лекарства, как неомицин, гентамицин и амикацин.
Его свойства еще предстоит выяснить, однако первые тесты показали, что оно убивает патогенные штаммы кишечной палочки и микробы вида Helicobacter pilory, которые служат основной причиной язвенных поражений желудка и двенадцатиперстной кишки.
Молекула родострептомицина содержит ранее неизвестную кольцевую атомную структуру, которая может стать фундаментом для химического синтеза новых лекарств. Так что есть основания считать, что даже если сам родострептомицин и не войдет в клиническую практику, он может оказаться родоначальником целого поколения перспективных антибиотиков.
Антималярийный препарат излечивает токсоплазмоз
Экспериментальный препарат JPC-2056, который вскоре поступит на клинические испытания в качестве лекарства от малярии, может стать новым высокоэффективным средством борьбы с токсоплазмозом.
Обе эти болезни вызываются паразитическими простейшими, только разной природы. Малярия возникает при инфицировании простейшими из рода плазмодиев, которых переносят комары-анофелесы. Токсоплазмоз развивается при попадании в организм простейших Toxoplasma gondii, которые проникают через пищеварительный тракт. Эта болезнь поражает лимфатическую систему и особенно опасна для людей с ослабленным иммунитетом.
Препарат JPC-2056 уже полностью прошел доклиническую проверку на животных. Она показала, что это лекарство поражает все без исключения разновидности малярийного паразита, включая и те, которые из-за мутаций приобрели сопротивляемость к стандартным антималярийным лекарствам. Он блокирует действие фермента дигидрофолат-редуктазы, который играет ключевую роль в жизнедеятельности плазмодия. Тот же самый фермент производят и возбудители токсоплазмоза. Поэтому исследователи из Чикагского университета во главе с профессором Римой Маклеод решили проверить, нельзя ли с помощью JPC-2056 бороться и с этим заболеванием.
Их гипотеза полностью подтвердилась. Опыты на зараженных токсоплазмозом мышах позволили установить, что JPC-2056 всего за несколько дней полностью устраняет все симптомы болезни. Эксперименты на клеточных культах показали, что этот препарат полностью уничтожает токсоплазмозных паразитов. Это позволяет надеяться, что после завершения курса лечения болезнь не будет давать рецидивов. Чикагские ученые полагают, что JPC-2056 превосходно зарекомендует себя и на клинических испытаниях.
Целительные гормоны
Есть надежда, что с остеопорозом удастся бороться с помощью тиреотропного гормона, стимулирующего работу щитовидной железы. Об этом говорится в статье исследователей нью-йоркского медицинского центра «Маунт-Сайнай». Они экспериментировали на крысах с искусственно вызванным остеопорозом. Больным животным вводили рекомбинантный человеческий тиреотропный гормон, производство которого освоила американская биотехнологическая компания Genzyme. Оказалось, что всего лишь одна инъекция в неделю приводит к постепенной нормализации плотности костей, которая падает при остеопорозе. Поскольку тиреотропный гормон вводился в низких дозах, в работе щитовидной железы не возникало никаких сбоев.
Исследователи особо отмечают, что гормональная терапия эффективно укрепляет губчатую костную ткань бедер и позвоночника. Эта ткань с возрастом сильно изнашивается, что увеличивает риск опасных для жизни переломов шейки бедра и способствует искривлению позвоночного столба.
Тиреотропный гормон синтезируется в гипофизе, одной из главных эндокринных желез головного мозга. Воздействуя на щитовидную железу, он заставляет ее вырабатывать биологически активные вещества трийодотиронин и тироксин, которые участвуют в регулировании обмена веществ. В последние годы рекомбинантную версию этого гормона используют для лечения онкологических заболеваний щитовидной железы.
Опасное наследство
Геронтологи университета штата Вашингтон подтвердили, что в развитии болезни Альцгеймера велика роль наследственных факторов. Томас Берд с коллегами в течение многих лет собирали сведения о состоянии здоровья людей, у которых как отец, так и мать стали жертвами этого заболевания. Они нашли данные о 111 таких родительских пар. Эти люди в общей сложности имели 297 взрослых детей разных возрастов, из которых 68 человек тоже страдали болезнью Альцгеймера.
Таким образом, доля больных в этой группе составила 23%, что сильно превышает средние цифры. Исследователи также выяснили, что у участников обследования симптомы деменции чаще всего начинали проявляться с 66 лет - значительно раньше среднестатистических сроков. Это дает основания вновь утверждать, что склонность к этому нейродегенеративному заболеванию передается от родителей к детям.
Лекарства от метастазиса
Онкологи университета им. Вашингтона в Сент-Луисе нащупали новый путь к лекарственному предотвращению метастазирования раковых опухолей.
Опухоли возникают в виде первичных очагов, которые часто удается удалять хирургическим путем или разрушать с помощью проникающей радиации. Однако такие очаги могут посылать свои клетки в другие органы, где они дают начало вторичным новообразованиям. Этот процесс и называется метастазированием. С метастазирующими опухолями бороться куда труднее, так что именно они служат главной причиной гибели онкологических больных. По данным медицинской статистики, на них приходится свыше 90% терминальных случаев рака.
Раковые клетки могут мигрировать различными путями, в том числе и через кровеносное русло. В этом путешествии они пользуются помощью одного из компонентов крови, кровяных пластинок. Так называют мелкие тельца, которые играют основную роль в свертывания крови. В отличие от лейкоцитов и эритроцитов, кровяные пластинки не имеют ядер и потому не являются настоящими клетками. Тем не менее, они участвуют во многих биологических процессах.
В частности, кровяные пластинки секретируют биологически активные вещества, которые способствуют выживанию опухолевых клеток. А эти клетки, со своей стороны, выделяют молекулы, которые заставляют кровяные пластинки слипаться на их поверхности. В результате раковая клетка приобретает клейкий панцирь, который выполняет сразу две функции. Он защищает эту клетку от атаки со стороны иммунной системы и в то же время служит якорем, закрепляющем ее на новом месте.
Исследователи предположили, что с метастазисом через кровяное русло можно бороться посредством воздействия на кровяные пластинки. Проведенные ими эксперименты показали, что для этого надо действовать сразу двумя препаратами. Один из них – самый обычный аспирин, который, как давно известно, препятствует свертыванию крови. Он дезактивирует фермент циклооксигеназу, который кровяные пластинки используют для выработки тромбоксана, вещества, способствующего формированию кровяных сгустков.
Однако опыты показали, что для замедления метастазиса аспирин нуждается в помощнике. В этом качестве хорошо себя зарекомендовал экспериментальный препарат APT102, созданный фармацевтической компанией APT Therapeutics. Это лекарство блокирует химические сигналы, посредством которых опухолевые клетки притягивают к себе кровяные пластинки.
Кэтрин Вейльбахер и ее коллеги проверили совместное действие аспирина и APT102 на мышах, которым были перевиты агрессивные опухоли кожи и молочной железы. Хотя такая терапия и не положила конец образованию метастазов в костной ткани, она привела к резкому уменьшению размеров вторичных опухолей. Экспериментаторы считают полученные результаты очень обнадеживающими и намерены и дальше работать в этом направлении.
Полезные вредные мутации
Неполные версии трех чрезвычайно опасных генных мутаций оборачиваются большой выгодой для здоровья. Эта информация содержится в статье исследователей Йельского университета. Профессор Ричард Лифтон и его коллеги изучали аномалии трех генов NKCC2, ROMK и NCCT, которые имеют непосредственное отношение к работе почек.
Давно известно, что мутации первых двух генов приводят к тяжелому заболеванию, которое в 1962 году впервые описал американский эндокринолог Фредерик Барттер. Мутации третьего гена NCCT вызывают близкую по симптоматике, но не столь тяжелую болезнь, синдром Гителмана. Оба заболевания возникают только у людей, получающих дефектные варианты этих генов как от отца, так и от матери.
При синдромах Барттера и Гителмана почки выделяют вместе с мочой избыточные количества калия и натрия. В результате содержание этих элементов в крови резко падает, что приводит ко множеству патологических последствий. Например, дети с синдромом Барттера медленно растут, страдают мышечной слабостью и нередко демонстрируют умственную отсталость. Кроме того, при этих заболеваниях может развиваться сильная гипотензия, резкое снижение кровяного давления. Поэтому исследователи из группы Лифтона предположили, что люди, которые наследуют от родителей лишь по одной дефектной версии любого из трех генов-виновников, будут менее склонны к заболеванию гипертонией.
Эта гипотеза подтвердилась. Собранные данные дают основания считать, что обладание лишь одной мутантной копией гена NKCC2, ROMK либо NCCT примерно на 60% снижает вероятность развития гипертонии в среднем и пожилом возрасте течение первых шестидесяти лет жизни. Ученые полагают, что общее число носителей мутаций этого типа в населении планеты приближается к ста миллионам.
Зеленый чай против рака
Сотрудники университета штата Миссисипи в Джексоне получили новые данные в поддержку гипотезы, согласно которой зеленый чай препятствует росту злокачественных опухолей.
Восточные врачи с незапамятных времен утверждали, что этот напиток имеет немало целебных свойств. Сейчас известно, что он содержит сильные антиоксиданты, которые в принципе могут препятствовать развитию многих патологических процессов. К их числу относится и эпигаллокатехин-3-галлат, который хорошо защищает клетки от поломок, вызванных свободными радикалами. Поэтому его лечебный потенциал весьма интересует медиков.
Ученые из Джексона решили проверить, как это вещество влияет на прогресс новообразований молочной железы. Этот эксперимент был поставлен на самках мышей, которым были подсажены опухолевые клетки. За неделю до трансплантации некоторым животным стали ежедневно подмешивать в воду для питья чистый эпигаллокатехин-3-галлат. Оказалось, что у этих мышей опухоли росли втрое медленней, чем у мышей из контрольной группы, которым давали чистую воду.
