НАУКА и ОБЩЕСТВО 2026. 14
61 • Кровеносные сосуды направляют иммунные клетки к метастазам
• Учёные с помощью ИИ разработали более мощные ферменты для редактирования ДНК
• Сердце из костного мозга: ученые нашли способ «учить» стволовые клетки без генной инженерии
• Найден идеальный «ключ» для обхода защиты устойчивых опухолевых клеток
• Индия передала в производство три отечественные биомедицинские технологии против рака и инфекций
Кровеносные сосуды направляют иммунные клетки к метастазам
Иммунотерапия призвана помочь собственным иммунным клеткам организма распознавать и уничтожать раковые клетки. Однако многие пациенты плохо реагируют на этот метод лечения. Одна из основных причин заключается в том, что иммунные клетки часто не проникают в опухоль в достаточном количестве. Исследовательская группа под руководством Хельмута Аугустина из Немецкого центра исследования рака и Гейдельбергского университета изучила роль кровеносных сосудов опухоли в этом процессе.
Исследователи сосредоточились на метастазах в печени, которые часто возникают на поздних стадиях рака и с трудом поддаются иммунотерапии. В кровеносных сосудах метастазов команда обнаружила специализированную подгруппу эндотелиальных клеток — клеток, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Эти клетки вырабатывают липопротеинлипазу (ЛПЛ) — ключевой фермент, участвующий в метаболизме жиров. Эндотелиальные клетки, вырабатывающие ЛПЛ, действуют как направляющие для активированных Т-клеток — иммунных клеток, способных целенаправленно атаковать раковые клетки. Чем больше было эндотелиальных клеток, продуцирующих липопротеинлипазу, тем больше Т-клеток могли проникнуть в опухоль и бороться с раковыми клетками.
Исследователи обнаружили, что эндотелиальные клетки, богатые ЛПЛ, могут представлять на своей поверхности компоненты, полученные из опухоли, — этот процесс называется презентацией антигена. Обычно эту функцию выполняют специализированные иммунные клетки. Теперь команда ученых показала, что липопротеинлипаза также позволяет этой специфической подгруппе эндотелиальных клеток в опухолях выполнять эту задачу.
Эндотелиальные клетки демонстрируют Т-клеткам молекулярный «разыскиваемый объект» — опухоль, предупреждая их о наличии раковых клеток. В результате Т-клетки могут легче распознавать, где находится опухолевая ткань, и мигрировать из кровотока в опухоль, где они могут выполнять свои функции.
На нескольких экспериментальных мышиных моделях метастазирования меланомы в печени исследователи обнаружили, что повышение уровня ЛПЛ в эндотелиальных клетках позволяет большему количеству Т-клеток проникать в метастазы, что приводит к более выраженной регрессии опухоли. И наоборот, при отключении ЛПЛ иммунный ответ был значительно слабее.
Это открытие дает новые возможности для иммунотерапии рака. В частности, для так называемых «иммунологически холодных» опухолей, которые плохо поддаются иммунотерапии, целенаправленная активация этого механизма поможет привлечь в опухоль больше иммунных клеток.
Анализ метастазов в печени человека, вызванных различными типами опухолей, подтвердил клиническую значимость полученных результатов: опухоли с большим количеством ЛПЛ-положительных кровеносных сосудов также демонстрировали повышенную инфильтрацию Т-клетками.
https://scientificrussia.ru/articles/krovenosnye-sosudy-napravlaut-immunnye-kletki-k-metastazam
Учёные с помощью ИИ разработали более мощные ферменты для редактирования ДНК
Технология редактирования генома CRISPR может получить серьёзное развитие благодаря искусственному интеллекту. Международная группа исследователей разработала с помощью ИИ синтетические нуклеазы — ферменты, выполняющие роль «молекулярных ножниц», — которые в ряде случаев оказались эффективнее своих природных аналогов. По мнению авторов, это открывает новые возможности для медицины, биотехнологии и сельского хозяйства.
Системы CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) произвели революцию в генной инженерии, позволив учёным точно находить нужные участки ДНК, а в некоторых случаях и РНК, чтобы удалять, вставлять или заменять генетические последовательности. Эта технология уже рассматривается как перспективный инструмент для лечения наследственных заболеваний, а также для создания растений и животных с полезными свойствами.
Работа CRISPR основана на двух основных компонентах: направляющей РНК, которая определяет нужный участок генома, и нуклеазе — ферменте, разрезающем молекулу ДНК. Наиболее известными являются бактериальные ферменты Cas9 и Cas12. Оба способны разрезать обе цепи ДНК, однако делают это по-разному: Cas9 обычно формирует прямой разрез, тогда как Cas12 оставляет так называемые «липкие концы», облегчающие дальнейшее редактирование. Поскольку технология CRISPR основана на естественной системе защиты бактерий от вирусов, поиск новых нуклеаз давно считается одним из важнейших направлений исследований. Более эффективные ферменты могли бы значительно расширить возможности редактирования генома.
В новом исследовании учёные сосредоточились на небольших нуклеазах TnpB, которые считаются эволюционными предшественниками фермента Cas12. Целью работы было создание полностью синтетических вариантов этих белков, получивших название SynTnpB, способных эффективно выполнять редактирование генома. Сначала исследователи предоставили модели искусственного интеллекта трёхмерную структуру природного белка TnpB и потребовали сохранить её неизменной. После этого ИИ сгенерировал тысячи новых последовательностей белков, которые должны были складываться в такую же пространственную форму и при этом выполнять ту же функцию. Однако одной только структурной схожести оказалось недостаточно. Поэтому исследователи обучили вторую модель искусственного интеллекта на данных предыдущих экспериментов, чтобы она определяла, какие участки белка можно изменять, а какие необходимо оставить без изменений для сохранения активности фермента.
В результате из 1980 созданных вариантов 466 продемонстрировали измеримую ферментативную активность. При этом около 8 % синтетических белков оказались эффективнее природной нуклеазы, использовавшейся в качестве эталона.
Во время испытаний на клетках человека два наиболее успешных варианта обеспечили редактирование целевого гена с эффективностью 46 % и 50 %, тогда как природный фермент достигал лишь 28 %. На некоторых участках ДНК лучшие синтетические нуклеазы работали примерно в четыре раза эффективнее, чем исходный белок TnpB.
Авторы отмечают, что высокопроизводительный анализ вариантов, созданных искусственным интеллектом, позволил получить молекулярные редакторы, которые не только сохранили активность природного белка, но в ряде случаев превзошли её. Это было подтверждено в экспериментах с бактериальными, растительными и человеческими клетками.
По словам Дженнифер Даудны, эта работа демонстрирует будущее взаимодействия искусственного интеллекта и молекулярной биологии. ИИ способен значительно ускорить разработку новых белков, однако для успешного применения таких моделей по-прежнему необходимы специалисты, глубоко понимающие молекулярные механизмы работы живых систем. Полученные результаты могут ускорить создание более эффективных инструментов редактирования генома, которые в перспективе будут использоваться для лечения генетических заболеваний, разработки новых лекарственных препаратов и создания сельскохозяйственных культур с улучшенными свойствами.
Сердце из костного мозга: ученые нашли способ «учить» стволовые клетки без генной инженерии
Стволовые клетки могут превращаться в другие клетки, обновляя таким образом ткани тела. В том числе в клетки миокарда после инфаркта. В новом исследовании ученые МФТИ использовали паракринные факторы, которые выделяют созревающие кардиомиоциты, для дифференцировки собственных мезенхимальных клеток красного костного мозга пациента. В результате те приобрели основные свойства мышечных клеток миокарда. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и опубликована в журнале Biomedicines.
Одним из самых передовых направлений в медицине стала регенеративная терапия. Ее цель — восстановление поврежденной или пораженной заболеванием ткани с помощью трансплантации или использования стволовых клеток, которые способны дифференцироваться во многие другие типы клеток. Попав в пострадавший орган или ткань, стволовые клетки заменяют собой погибшие. По происхождению они могут быть, например, эмбриональными, фетальными (полученные из зародыша) или индуцированными плюрипотентными (iPSC). Последние получают из других клеток путем их «перепрограммирования». Обычно это сложный и дорогой процесс, однако новая работа российских ученых показала более эффективную и доступную альтернативу.
Исследователи МФТИ, Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М. Ф. Владимирского и Национального медицинского исследовательского центра им. Е. Н. Мешалкина (Новосибирск) разрабатывают методы получения мышечных клеток сердца (кардиомиоцитов) и изучают их свойства. Ученые обратили внимание на мезенхимальные стволовые клетки — те, которые могут превращаться в костную, хрящевую или жировую ткань. Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) — перспективный материал для лечения повреждений миокарда. То есть самого мощного слоя мышц сердца, который обеспечивает непрерывное сокращение органа всю жизнь человека.
В рамках новой работы мезенхимальные стволовые клетки получали из образцов красного костного мозга пациентов. Это кроветворный орган, где постоянно образуются все новые клетки крови. Его пробы массой 1–2 г извлекли во время операций на открытом сердце, сразу после вскрытия грудной клетки. Далее из образцов выделяли стволовые клетки, которые помещали в среду культивирования, где до того находились кардиомиоциты, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток по стандартному протоколу.
Соответствие полученных из красного костного мозга клеток сердечным подтвердили с помощью иммуногистохимического окрашивания, оптического картирования и метода патч-кламп. Это электрофизиологическая методика для изучения поведения ионных каналов на клеточной мембране, при которой ее фрагмент изолируют с помощью специальной микропипетки и наблюдают проходящие через мембрану ионные токи. Патч-кламп выявил основные типы ионных токов, которые характерны для кардиомиоцитов (натриевые, кальциевые и калиевые).
Под микроскопом ученые различили вытянутую стержневидную форму клеток, что характерно для нормальных зрелых тканей сердца. Более того, у них отметили поперечную исчерченность и спонтанные кальциевые волны (колебания). Так называют повторяющиеся изменения концентрации ионов Ca2+ внутри живых клеток. Они нужны для передачи биологических сигналов и управления внутриклеточными процессами, такими как мышечное сокращение. Выходит, дифференцированные с помощью нового подхода клетки приобрели многие свойства настоящих клеток миокарда. Более того, новые клетки близки к «родительским» (послужившим источником паракринных факторов) по временным характеристикам угасания кальциевых колебаний.
Когда оба типа клеток росли в общей среде (так называемое кокультивирование), их кальциевые колебания синхронизировались. Это говорит о согласованной работе мышечных клеток разного происхождения, которая необходима для нормального сердечного ритма. В то же время интенсивность потока ионов в мембранах клеток соответствовала не вполне зрелым кардиомиоцитам. Клетки проходили дифференциацию по нужному пути, но не полностью ее завершили. Тем не менее биофизики считают, что на фоне синхронизированной активности дифференцированных клеток с кардиомиоцитами они вполне подходят для ремонта тканей и могут стать ценным инструментом для исследований.
Найден идеальный «ключ» для обхода защиты устойчивых опухолевых клеток
Ученые создали молекулы-гибриды, которые подавляют рост опухолевых клеток, в том числе тех, что стали нечувствительными к существующим лекарствам. В экспериментах на клеточных культурах эти вещества оказались в 1,5 раза эффективнее одного из новейших лекарств для борьбы с устойчивыми новообразованиями. Благодаря этому разработка может лечь в основу нового поколения препаратов, предназначенных для пациентов, у которых опухоли перестали реагировать на стандартную терапию. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Synthetic Communications.
Исследователи из Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации (Москва) с коллегами синтезировали гибридные молекулы, способные блокировать рецептор эпидермального фактора роста в раковых клетках, нечувствительных к существующим лекарствам.
Основой для сборки послужил оксадиазол — соединение в виде кольца из атомов углерода, кислорода и азота. К нему ученые «пришили» тетразольное кольцо, которое образует прочные водородные связи с активным центром белка-мишени. Кроме того, с помощью гибкого молекулярного «мостика» авторы ввели в структуру и дополнительные группы различного характера, в том числе содержащую хлор.
Ключевое отличие новых молекул от существующих аналогов заключается в том, что они за счет «мостика» и дополнительно введенных групп находят точки для связывания с белком-мишенью не только в активном центре белка, но и за его пределами — в тех участках, которые не затрагиваются мутацией. Это можно сравнить с ключом, который имеет не один, а несколько зубцов, цепляющихся за разные выступы замка. Даже если одного («мутировавшего») выступа нет, остальные точки контакта позволят открыть дверь.
Авторы проверили эффективность новых молекул, вводя их в культуры клеток рака легкого, печени, толстой кишки и молочной железы. Оказалось, что соединение без хлора в структуре убивает раковые клетки в концентрациях, сопоставимых с теми, в которых назначают озимертиниб — один из новейших и самых дорогих препаратов, применяемых для борьбы с некоторыми устойчивыми опухолями. Молекула, имеющая в составе хлор, оказалась примерно в 1,5 раза активнее существующих аналогов.
Кроме того, с помощью компьютерного моделирования ученые оценили, как полученные вещества будут вести себя в человеческом организме: насколько хорошо они растворимы и не будут ли вредить здоровым тканям. Анализ показал, что оба соединения хорошо растворяются в воде и жирах, что позволит им проникать в клетки опухоли, и не содержат фрагментов, которые обычно вызывают побочные эффекты.
Индия передала в производство три отечественные биомедицинские технологии против рака и инфекций
Лицензии на препарат против вируса папилломы человека и две вакцины нового поколения получили индийские производители
Индийский совет медицинских исследований (ICMR) передал лицензии на три отечественные биомедицинские технологии индийским фармацевтическим и вакцинным производителям. Об этом сообщает IANS, партнер TV BRICS, со ссылкой на заявление Министерства здравоохранения и благополучия семьи Индии.
Это сделано для ускорения внедрения результатов государственных исследований в безопасные, доступные и малоинвазивные методы лечения.
Одна из переданных технологий – терапевтический кандидат (потенциальное лекарство для лечения) против вируса папилломы человека (ВПЧ). Это первый в своем классе таргетный препарат, который избирательно уничтожает индуцированные ВПЧ предраковые и раковые клетки шейки матки, не затрагивая здоровые ткани. Он может стать безопасной и доступной альтернативой существующим методам лечения.
Две другие технологии – вакцины нового поколения против кишечных бактериальных инфекций. Они разработаны в Национальном институте исследований бактериальных инфекций ICMR (ICMR-NIRBI) в Калькутте.
Первая вакцина представляет собой гибридную конструкцию с белком наружной мембраны Salmonella typhi. Это перспективный кандидат для создания более эффективной вакцины против брюшного тифа.
Вторая включает рекомбинантную вакцинную композицию против инфекций, вызываемых Salmonella typhi, Salmonella paratyphi и шигеллами. Она обеспечивает защиту от основных возбудителей кишечных бактериальных инфекций.
В заявлении министерства подчеркивается, что передача технологий укрепляет инновационную экосистему Индии в области биомедицины. В ICMR действует механизм, сопровождающий разработки на всех этапах – от лабораторных исследований и патентования до клинических испытаний и вывода на рынок.
https://tvbrics.com/news/indiya-peredala-v-proizvodstvo-tri-otechestvennye-biomeditsinskie-tekhnologii-protiv-raka-i-infektsi/
*Для иллюстрации использовалась фотография работы Katie Lau "My Mother`s garden"