и глотания — младенец задыхается и редко может пережить даже первый год. В 8 недель крохотная пациентка прошла курс генной терапии, в рамках которого отсутствующий ген ввели в ее спинальные нейроны. Результаты испытания явились одним из самых впечатляющих успехов в некогда проблемной области, поскольку исследователи впервые провели новый ген через гематоэнцефалический барьер (полупроницаемый барьер между кровью и нервной тканью, препятствующий проникновению в мозг крупных молекул, а также клеток крови)10. Девочка выжила и выздоровела!
Как мы помним, опухолевые заболевания также огромная проблема для людей по всему миру. Конечно, генная терапия и новые технологии являются серьезным и многообещающим подходом и к их лечению.
В онкологии легкость и универсальность CRISPR-Cas9 позволили обнаружить новые гены-мишени и раскрыть ряд механизмов приобретаемой устойчивости к противоопухолевой терапии. До сих пор большинство исследований проводилось на опухолях у взрослых. Но в последние годы технология CRISPR Cas9 стала применяться и в лечении редких детских злокачественных новообразований, например, сарком мягких тканей17,21,22,23.
Источник: https://www.iberdrola.com/innovation/genetic-modification-crispr
Однако, несмотря на вдохновляющие успехи, система редактирования CRISPR-Cas9 в настоящий момент несовершенна, а в результате ее работы по ряду причин существует вероятность неправильного связывания и возникновения так называемых нецелевых эффектов. В этих неблагоприятных случаях могут появляться случайные разрезы ДНК и, следовательно, дополнительные ошибки и «сбои» в последовательности. Это небезопасно и непредсказуемо, ввиду чего внедрение таких технологий в медицинскую практику пока происходит очень осторожно и медленнее, чем ожидалось. В том числе и в нашей стране.
Как минимизировать эти риски и повысить вероятность гомологичной, то есть «правильной» рекомбинации — все это насущные задачи современности, которые пытаются решить во многих лабораториях по всему миру10,16.
Множество зарубежных компаний, исследовательских институтов и стартапов активно занимаются развитием и выводом в коммерческий доступ новых технологий, которые могут сделать прорыв в медицине. А у нас, в России исследования в этой области идут, например, в инновационном центре Сколково, а также в институте химической биологии и фундаментальной медицины в Новосибирске.
Напечатайте мне ухо
Не менее увлекательным примером развития современных медицинских биотехнологий является область регенеративной медицины.
В целом, регенеративная медицина занимается разработкой решений по замене утраченных тканей и органов, или же по ускорению их заживления. Биотехнология использует стволовые клетки, превращая их в другие клетки со специализированной функцией — к примеру, нервные клетки, сердечные, клетки печени или крови.
Один из очень перспективных методов восстановления тканей — биопринтинг. Грубо говоря, печатание напрямую клетками!
Для того чтобы сделать эту фантастику возможной, стволовые клетки размещают на натуральном или синтетическом материале, а для создания объёмной ткани используют оборудование аналогичное таковому для 3D-печати. В напечатанной ткани, затем, используют ряд вспомогательных методов для образования сосудов и нервов, добавляя факторы роста и клетки-предшественники.
Трансплантация, то есть пересадка таких продуктов биопринтинга направлена на ускорение заживления при значительной потере ткани, как например в случае серьёзной травмы кости. Также в наше время проводится множество успешных исследований в области печати кожи, нервной ткани и клеток печени24,25,26.
Первые попытки реализации 3D-печати человеческих «запчастей» предпринимались еще в 2000 году. Биоинженер Томас Боланд приспособил для этого принтеры от «Lexmark» и «HP», которые создавали фрагменты ДНК. Устройства специально были выбраны с достаточно крупным диаметром сопла — для сохранения целостности живых клеток при печати. А кроме того, потребовалось модернизировать софт, чтобы иметь возможность контролировать температуру и вязкость «чернил». Технологию запатентовали три года спустя, и с тех пор индустрия неуклонно развивалась, представляя все новые и новые варианты печати.
В 2022 году ученые впервые смогли пересадить человеку орган, напечатанный на 3D-принтере. У 20-летней мексиканки Алексы с редким врожденным дефектом — микротией — было деформировано правое ухо. Для создания имплантата врачи использовали клетки и ткани самой пациентки. Американская компания 3DBio Therapeutics удалила 0,5 грамма хряща деформированного уха, а затем 3D-принтер напечатал новое ухо с помощью клеток и так называемых биочернил. Весь процесс занял менее десяти минут!27.
В России также пройдено много шагов на пути к освоению новой перспективной технологии. Конечно, можно себе представить печать костной ткани или, например, кожи. А как на счет полноценного органа, способного выполнять свою функцию?
И здесь нам есть чем гордиться!
Пример тому — профессор Владимир Миронов, биоинженер по созданию тканей, а также научный директор «3D Bioprinting Solutions» — российской лаборатории биотехнологических исследований, резидента Сколково. В его лаборатории занимаются разработками в сфере 3D-печати для применения в регенеративной медицине.
Нашим ученым удалось впервые в мире создать с помощью 3D-печати орган, пригодный для трансплантации лабораторной мыши. Напечатанную на 3D-принтере щитовидную железу удалось пересадить, она прижилась и более того — оказалась абсолютно функциональной!
Хотя исследователи решили начать с щитовидной железы, относительно простого органа, успех этой операции делает возможной 3D-печать почек и даже печени28. Помимо успешной пересадки, напечатанной на 3D-принтере щитовидной железы, сейчас известно уже и о других новейших разработках.
Среди них, например, системы кровеносных сосудов, напечатанные китайской компанией Revotek, и первые шаги к 3D-печати сердца, которые делают ученые из Университета Карнеги-Меллон в Питтсбурге, где недавно удалось создать неживые копии коронарных артерий и сердец эмбрионов из мягких материалов при помощи специального 3D-принтера28.
Площадка по производству биомедицинских клеточных продуктов в нашей стране уже есть. Еще в 2014 году ее открыла российская научно-производственная компания полного цикла «Генериум».
Сейчас это первый и пока единственный в России производитель, получивший лицензию на производство таких сложных биотехнологических продуктов. Компания активно исследует продукт, выращенный из аутологичных хондроцитов (клеток хрящевой ткани) человека. Также в планах «Генериум» разработка аллогенного клеточного продукта на основе мезенхимальных стволовых клеток (клетки способные трансформироваться в разные типы других зрелых клеток).
Свое применение этот биопрепарат сможет найти, например, у больных гонартрозом и синдромом диабетической стопы, ну а пока его исследуют на животных29.
Нанобиотехнологии — видно без микроскопа?
Последним примером, но далеко не последним существующим, приведу нанобиотехнологии.
Совмещая в себе две и по отдельности головокружительно сложных области науки они, конечно, тоже имеют множество интересных примеров разработок и использования.
В целом, что очевидно, нанобиотехнологии работают на молекулярном и клеточном уровнях. За счет своего крохотного размера и связанных с ним преимуществ у наночастиц сейчас отмечается огромный потенциал в таких областях как, например, терапия онкологических заболеваний.
Связано это с тем, что наночастицы способны обеспечить точную доставку и распределение лекарств в опухолевом участке. Для этого на их поверхность добавляют специальные молекулы или моноклональные антитела, чтобы
