Тканевая инженерия.

Тканевая инженерия является основным инструментом экзогенного управления молекулярными процессами в разных тканях. Разработка и внедрение ее методов стали необходимыми для понимания тонких механизмов клеточной дифференцировки, пролиферации и миграции, а также функционирования тканей.

При создании новых инженерных тканей применяется множество подходов:

Первый подход - пересадка компонентов кожи при лечении ожогов или введение кожных эквивалентов, восстанавливающих эпителиально-стромальные дефекты с помощью культивированных фибробластов дермы, растущих в трехмерном коллагеновом геле.

Второй подход - это имплантация клеток, содержащих молекулы и белковые факторы, индуцирующие репарацию или регенерацию функций поврежденной ткани, например, добавление стимуляторов роста костной ткани при болезнях периодонта в стоматологии.

Третий подход - это использование внутреннего потенциала тканей и органов для восстановления поврежденных функций.

Четвертый подход - культивирования клеток на микроносителях, с целью оптимизации (модификации) технологии выращивания клеток и увеличения сроков жизни трансплантата (инженерной ткани). К микроносителям относятся коллагеновые микросферы, поверхности пленок разного биохимического состава, пересаживаемые на поврежденные участки кожи.

Следует отметить, что самым доступным клеточным субстратом для человека оказалась богатая белками плазма крови, например адгезивный субстрат из тромбина и фибриногена, стабилизированный протеазным ингибитором - апротинином.

Нанотехнологии, нанобиотехнологии и наномедицина.

Нанотехнологи оперируют нанообъектами (мембраны, жидкие кристаллы, липосомы, мицеллярные системы и микроэмульсии, нанокомпозиты, нанотрубки, пористые материалы, тонкие пленки, ультрадисперсные порошки). Нанобиотехнологии позволяют понять малые компоненты живого и неживого и оценить их важную роль в функционировании клетки организма. На основе нанобиотехнологии стремительно развивается наномедицина.

Наномедицина - путь перехода к медицине субмолекулярной, атомной и субатомной, т.е. медицине будущего, связанной с внедрением в практику нанобиотехнологий, разрабатываемых с целью эффективной диагностики и лечения наследственных и ненаследственных болезней человека. Использование атомно-силовых, оптико-биосенсорных, нанопроводных методов диагностики и наноструктур с терапевтическим действием, способных выполнять сложнейшие микрооперации в клетках и тканях: от обнаружения и мониторинга поведения патологических генов (микроорганизмов) до их уничтожения, а также восстановления наследственного материала поврежденных клеток и тканей, обеспечения необходимыми веществами и придания им ряда других функций, позволят значительно повысить чувствительность, сократить время диагностики заболеваний и эффектвно лечить наследственные заболевания.

В настоящее время разрабатываются нанобиотехнологии, связанные с наномедициной:

•нанодиагностикумы или нанобиосенсоры в диагностике;

•молекулярные нанополупроводные и нанопоровые детекторы в диагностике, счетчики молекул и сиквенс-анализаторы ДНК;

•наночастицы - контейнеры для доставки лекарств и наночастицы - лекарства;

•синтетический геном на основе молекулы ДНК как самовоспроизводящейся системы;

•нанотехнологии в регенеративной медицине;

•медицинские нанороботы, имитирующие функции разных клеток.

Нанодиагностикумы и нанобиосенсоры. Одним из перспективных подходов стало создание наносенсоров, способных работать в живом организме. Например, был создан отечественный микросенсор для определения содержания глюкозы и инсулина в крови (чип размерами 5-8 мм, вживляемый в тело пациента и регистрирующий уровень глюкозы в крови путем преобразования биохимической реакции в электрический сигнал). В последние годы на его основе разработан принципиально новый тип имплантируемого под кожу микросенсора для фотометрического контроля уровня глюкозы на основе углеродных нанотрубок, имеющих специфическое флуоресцентное покрытие. Такой наномикросенсор не только контролирует, но и оптимизирует уровни глюкозы и инсулина в крови.

Молекулярные нанодетекторы. В последние годы возросло число работ по анализу молекул с помощью атомно-силовой микроскопии и сканирующей туннельной микроскопии. Были получены изображения: мембранного белка цитохрома Р4502В4, встроенного в фосфолипидный бислой мембраны; водорастворимых белков и их комплексов для иммуноглобулинов, ферритина, фосфорилазы и фосфорилпротеинкиназы; комплексов антиген-антитело для диагностики инфекционных болезней, рака и сердечно-сосудистых заболеваний.

Наночастицы как диагностикумы и лекарства. В молекулярной медицине используются наноматериалы, повышающие эффективность имеющихся лекарственных препаратов, позволившие создать новые лекарства - фуллерены, представляющие собой аллотропную форму углерода С60 с одинаковой длиной двойных и одинарных бензольных связей. Причем фуллерены способны преодолевать гематоэнцефалический барьер, что позволяет использовать их для лечения нейродегенеративной болезни Паркинсона. Синтезированы фуллерены с выраженными антивирусными свойствами, угнетающими репликацию вируса гриппа на поверхностных рецепторах клеточных мембран. Также отмечена антивирусная активность фуллеренов и их производных в отношении ВИЧ.

Получены конъюгаты наночастиц золота с антителами против рецептора антидермального фактора роста (используются для диагностики рака): они не соединяются с нормальными клетками, но соединяются с клетками опухоли.

Разработаны наночастицы и нанокапсулы на основе кремния - они применяются для брахитерапии неоперабельного рака печени. При этом разрушение опухолевых клеток происходит за счет действия на них радиоактивного фосфора 32Р в нанокапсулах.

Наночастицы как транспортные системы для доставки лекарств. Лекарства, снабженные системами доставки, нетоксичны, биодеградируемы, не вызывают аллергических реакций, имеют высокое сродство к биологическим мембранам. Это коллоидные инертные транспортные системы. В мире разработано множество сертифицированных наносистем для доставки противоопухолевых препаратов, снабженных фосфолипидной системой транспорта (мицеллы, липосомы) - анамицин, винкристин, дауномицин, доксорубицин, третионин, каклипокаин, тамоксифен, циклоспорин и др.

Медицинские нанороботы. В молекулярной медицине появились возможности применения генохирургии, которая постепенно сменит генотерапию. Суть генохирургии заключается в том, что с помощью контролируемого врачом наноробота (например, «лазерного скальпеля») в больной клетке будет выделен и удален мутантный ген и вместо него будет вставлен нормальный ген.

В самых оптимистических прогнозах зарубежные наномедицинские технологи предполагают, что уже в ближайшие два десятилетия медицинские нанороботы станут обязательным иструментом оснащения врачебного кабинета.

Таким образом, эра этиотропной терапии человека уже началась, определены принципы и методические подходы, отобраны болезни, потенциально подлежащие этому лечению. Работа продолжается одновременно в разных странах и в различных направлениях. Уже очевидно, что этиотропная терапия, а в частности генотерапия будет применяться для лечения не только наследственных болезней, но и злокачественных опухолей и хронических вирусных инфекций.