TechFusion.ruЗдоровьеДайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #2

Дайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #2

Bat

Мы регулярно рассказываем о последних открытиях и интересных достижениях в мировых и российских технологиях, связанных с работой человеческого организма. Это могут быть как классические биотехнологии — медицинские  открытия, генная инженерия и работа с биоматериалами, — так и технологические новинки, расширяющие возможности для восприятия окружающего мира и человеческого тела

В новом выпуске: стволовые клетки против глиобластомы, гормон для снижения веса, эксперименты с ЛСД, новые попытки выращивания органов, а также летающая мышь-робот

Вылечить опухоль мозга стволовыми клетками

Ученые из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл разрабатывают новый способ лечения глиобластомы — одного из самых распространенных видов опухоли мозга, который с трудом поддается традиционной терапии. Для этого они надеются использовать индуцированные стволовые клетки, созданные из клеток кожи.

Brain

Мозг. Фото: pixabay.com

В последние три десятка лет опухоли мозга, в том числе глиобластому, лечили традиционными средствами — они включали химиотерапию, радиацию и хирургическое удаление опухоли. Однако глиобластома коварна тем, что запускает «корни» в соседние отделы мозга, и эти крохотные отростки не могут уничтожить ни скальпель нейрохирурга, ни «химия», ни радиация. Поэтому даже у тех пациентов, которые временно достигли ремиссии после операции,  опухоль почти всегда возвращается. Средний срок жизни пациентов с глиобластомой — 18 месяцев, а вероятность прожить больше двух лет всего 30%.

Очевидно, врачам и пациентам требуется новая, более эффективная терапия глиобластомы. При этом лечение должно действовать быстро, ведь у больных с такой опухолью совсем мало времени.

Шон Хингтген из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл вместе с коллегами придумал такой подход: для начала, создать из клеток кожи нейральные стволовые клетки — такие, из которых можно вырастить новые нервные клетки в мозге. Затем ученые должны запрограммировать эти клетки так, чтобы, попав в мозг, они «окружили» злокачественную опухоль и отделили ее от здоровых клеток. И, наконец, при помощи белка, которым исследователи наделят эти новые клетки, можно будет активировать пролекарство: в организм вводится формула, которая сама по себе нейтральна и превращается в лекарство только при взаимодействии с определенным веществом внутри клеток.

Таким образом, новая терапия должна действовать прицельно только на клетки опухоли и не затронет здоровые клетки. При этом у врачей будет возможность «найти и обезвредить» даже те злокачественные клетки, которые «прячутся» в глубинах мозга и вызывают рецидивы болезни.

Ученые уже протестировали свой новый подход «в пробирке»: им удалось уменьшить смоделированные опухоли и увеличить ожидаемую продолжительность жизни потенциальных пациентов с такими опухолями на несколько месяцев. Через год-два исследователи планируют полноценные клинические испытания с участием людей с глиобластомой – они надеются, как минимум, продлить им жизнь, а может, и добиться полной ремиссии.

Гормон для похудения

Биологи из Исследовательского Института Скриппса, возможно, обнаружили гормон, который наконец позволит нам есть и не толстеть (и даже худеть).

Ведущий исследователь проекта Суприя Сринивасан и ее коллеги решили поэкспериментировать с нематодой C. elegans. Нематоды являются одним из популярных модельных объектов в биологии: их метаболизм гораздо проще человеческого, но нервная система использует схожие сигнальные молекулы. Поэтому ученые полагают, что открытия, связанные с регулированием метаболизма у нематод, можно применить и к людям.

Shape

Фото: pixabay.com

Предыдущие исследования метаболизма показали, что выделение серотонина как-то связано с сжиганием жира. Но вот как — для ученых оставалось загадкой. Сринивасан и ее команда последовательно удаляли разные гены у нематод, чтобы обнаружить, в какой момент «разорвется» связь между выбросом серотонина и сжиганием жира.

Оказалось, что один из генов кодирует гормон, который выделяется в организме в ответ на выросший уровень серотонина — этот гормон ученые назвали FLP-7. Процесс метаболизма выглядит примерно так: животное или человек видит еду, и в ответ на это его мозг вырабатывает серотонин (известный нам как «гормон радости»). Высокий серотонин активирует другую систему, которая запускает выброс FLP-7. А этот гормон, в свою очередь, действует на рецепторы, которые заставляют наши клетки превращать калории в энергию.

Исследователи попробовали искусственно изменить уровень FLP-7 и посмотрели, как это повлияет на метаболизм. Выяснилось, что такая манипуляция не меняет пищевое поведение, зато заставляет клетки активнее сжигать жир.

Команда ученых надеется, что они смогут придумать способы воздействовать на уровень FLP-7 в человеческом организме, чтобы «ускорить» метаболизм безо всяких побочных эффектов.

ЛСД поможет понять смысл жизни

Но, конечно, не совсем так, как вы могли представить.

Ученые из Цюриха задумались: а почему для каждого человека определенные песни, фильмы и книги кажутся значимыми и важными, а другие — нет? Они решили исследовать этот феномен при помощи ЛСД.

Homer Simpson Trip

Гомер Симпсон. Кадр из мультсериала The Simpsons

Науке уже довольно давно известно, что ЛСД изменяет восприятие реальности, а также ощущение самого себя: границы между личностью и окружающим миром при приеме наркотика как бы «стираются».

Катрин Преллер из отделения психиатрии Цюрихского университета поясняет: ученым не было известно, какие именно отделы мозга отвечают за такую трансформацию и какие нейротрансмиттеры влияют на «изменение реальности». Преллер и ее команда решили провести эксперимент, чтобы изучить этот вопрос.

Для начала ученые исследовали, как именно прием ЛСД вызывает психоделические эффекты. Они обнаружили, что после того, как испытуемые принимали препарат кетансерин, эффект ЛСД прекращался. Кетансерин блокировал возможность ЛСД связываться с рецепторами к серотонину 5-HT2AR – а это значит, что эффекты ЛСД во многом связаны именно с воздействием на серотониновые рецепторы.

Затем ученые провели вторую часть исследования. Они выяснили, какие песни имеют особое значение для каждого из испытуемых. После приема ЛСД участники эксперимента прослушивали разные песни — как те, что они назвали особенными, так и нейтральные. И вот что выяснилось: при приеме ЛСД все песни приобретают особое значение. Когда ученые дали испытуемым кетансерин, все вернулось на круги своя.

Важный вывод, которые Катрин Преллер и ее коллеги сделали из этого исследования: чрезмерное воздействие на серотониновые рецепторы лишает человека возможности отделять важное от неважного. Если важно все, то одновременно не важно ничего, и человек теряет границы, ощущение осмысленности жизни. Такая проблема возникает у многих людей с различными психиатрическими нарушениями. Ученые надеются, что при помощи блокатора рецепторов 5-HT2AR они смогут улучшить состояние таких больных.

Гибрид человека и свиньи для выращивания органов

Выращивание органов и тканей для трансплантации с участием человеческих эмбрионов не представляется возможным—– это противоречит этическим нормам в медицине. Ученые подумали, что можно взять другое млекопитающее и на его основе создать гибридный организм для культивации человеческих органов. В качестве одного из вариантов они выбрали свинью: известно, что внутренние органы человека и свиньи настолько схожи, что сердечную ткань свиньи даже использовали для пересадки человеку.

Rat-Pig-Human

Рис.: cell.com

Ученые из Института биологических исследований Солка ввели стволовые клетки человека в бластоцисту — пятидневный эмбрион свиньи. Хуан Карлос Бельмонт, профессор Института Солка, говорит, что конечная цель — выращивать из стволовых клеток здоровые взрослые органы, пригодные к трансплантации. Но пока, по его словам, ученые еще далеки от ее достижения.

Ранее исследователи пытались вырастить органы из стволовых клеток в пробирке, но что-то постоянно шло не так. Ученые надеются, что если поместить клетки в естественную среду — в настоящий развивающийся организм, пусть даже это будет организм животного — можно будет достичь значительного прогресса в выращивании искусственных органов.

Исследователи уже предпринимали попытки вырастить органы одного животного в организме другого. Опыт проводили на мышах и крысах. У мышей при помощи технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 «вырезали» определенные участки генов — например, те, что отвечают за развитие поджелудочной железы. Затем в эмбрион внедряли стволовые клетки крыс, которые должны были «заполнить пробел». Результат получился вдохновляющий: ученые не только вырастили мышей с крысиной поджелудочной, но и отрастили мышам из стволовых клеток крысы желчный пузырь — а его у самих крыс нет вовсе.

Но с гибридом «человек/свинья» все оказалось гораздо сложнее. Это логично: во-первых, эволюционно человек и свинья гораздо дальше друг от друга, чем мышь и крыса. Во-вторых, у свиней цикл развития эмбриона в три раза короче, чем у людей. Ученым пришлось адаптировать стволовые клетки человека там, чтобы они смогли «вписаться» в цикл развития эмбриона у свиньи.

И все же, когда гибридные эмбрионы подсадили свиноматкам, они начали расти и развиваться. Исследователи увидели, что в них действительно начали формироваться зачатки органов из человеческой ткани. Что также важно для решения этических споров – стволовые клетки человека не повлияли на формирование мозга свиньи, а значит, гибрид не будет «слишком похож на человека».

Ученые продолжат свои эксперименты и будут искать пути эффективно выращивать здоровые человеческие органы в гибридных организмах.

Бэтмен возвращается — в виде робота

Летучие мыши — животные, которые в совершенстве овладели техникой полета. Плавность и точность их передвижения в воздухе обеспечивают крылья сложной конструкции, которые состоят из 40 суставов.

Анатомией летучих мышей вдохновились разработчики из Калифорнийского технологического института и Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне. Они создали «мягкого» робота под названием Bat Bot, в котором попробовали воплотить аэродинамические свойства этих животных.

Инженеры, конечно, не стали повторять всю сложную конструкцию крыльев летучих мышей. Они выделили самые важные суставы и движения животных, которые воплотили в дизайне робота. В результате получился гаджет весом менее 100 грамм с мягкими гибкими крыльями и высокой маневренностью.

Разработчики планируют использовать роботов-«бэтменов» в таких местах, куда тяжелые дроны не очень хорошо вписываются — например, в больницах и в домах.