Чем занимаются Биотехнологи в своих лабораториях? или Смертность от рака

Это мой первый большой пост на Смарт-лабе. Надеюсь, кому-то будет полезным.
CAR-T терапия

Все мы слышали и сталкивались, возможно опосредованно, с таким явлением, как рак — злокачественная опухоль.

Одним из перспективных направлений в терапии онкологии является иммунотерапия. Она основана на том факте, что наша собственная иммунная система обладает всем необходимым, чтобы предотвращать развитие онкологических заболеваний. Ее ослабление – временное или хроническое – может приводить к сбою противоопухолевого контроля. Таким образом, целью иммунотерапии является использование иммунных клеток человека для уничтожения опухолевых клеток. Однако запуск или «перезапуск» угнетенного противоопухолевого иммунитета, как правило, требует серьезных, высокотехнологичных и дорогостоящих манипуляций с клетками.

Клеточная иммунотерапия, в том числе недавно утвержденные FDA препараты CAR-T, ингибиторы контрольных точек иммунитета и цитокиновая терапия, — это самые передовые подходы терапии онкологических заболеваний. CAR-T терапия при этом одна из самых перспективных и эффективных.

Ее принцип прост: из крови человека можно выделить Т-лимфоциты, размножить и генетически модифицировать их так, чтобы они начали «узнавать» опухоль, а затем вернуть их пациенту в виде инфузии уже биомедицинского клеточного препарата (БМКП). Такой БМКП самостоятельно найдет и уничтожит опухоль.

Справка о распрастранении раковых опухолей.

С учетом кумулятивных рисков в мире для обоих полов развития рака 21,4% и смерти от злокачественного заболевания 17,7% до достижения 75 лет, при условии отсутствия других причин смерти:

1. Заболеет:

    a)  1 из 5 мужчин (20.0%)

    b)  1 из 6 женщин (16.7%)

2. Умрет от онкологического заболевания:

   a)  1 из 8 мужчин (12.5%)

   b)  1 из 10 женщин (10%)

Смертность от онкологических заболеваний в основном связана со способностью раковых клеток метастазировать – пускать корни по всему телу. При этом медикам далеко не всегда понятно, где берет начало этот процесс.

Для начала приведем немного статистики по смертям от заболеваний.
В топ-10 этого рейтинга первые две позиции занимают сердце и мозг, которые являются одними из главных органов млекопитающихся. Причем данная особенность почти не зависит от уровня доходов страны, однако в странах с высоким уровнем доходов растет доля смертей с болезнью Альцгеймера и других видов деменции. Но травматизм в ДТП не входит в топ-10 причин смертей среди стран с высоким доходом — стали ли люди умнее и меньше рисковать?

Рак занимает не последнее место среди причин смерти и является довольно обширным понятием, куда входят множество болезней.

Взглянем на статистику смертей от рака за 2020 год — почти 10 млн смертей. Более четверти случаев в летальном исходе связаны с пищеварительным трактом, а 18% — из легких (ведь многие любят курить, а сюда еще добавляется техногенное загрязнение воздуха).

 
По числу увеличения количества случаев диагностики рак груди вырвался на первое место. В этот момент мужчины выдохнули с облегчением, что родились с пенисом. Однако это не стоит радоваться — 30% случаев диагностики рака у мужчин приходится на простату.



CRISPR-Cas9

Начнем немного с конца. Видео с объяснением, что такое ген Сas9 и что он делает.

Кроме изначальной функции в бактериальном иммунитете, белок Cas9 активно используют для создания точечных разрывов в двойной спирали ДНК🧬 с последующей рекомбинацией. 

✅Cas9 является значимым инструментом редактирования генома, но он работает не один. 

✅Есть еще CRISPR — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, в котором хранится информация об известных инородных РНК. Технология редактирования генома основана на искуственном внедрении в тандем CRISPR/Cas9 белков-маркеров, с которыми организм не может бороться самостоятельно. В частности, этот механизм применяется для борьбы с раком.

👩‍🔬За создание новых технологий, позволяющих проводить с помощью CRISPR-Cas9 редактирование генома Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Даудна получили Нобелевскую премию по химии 2020 года.

На данный момент существуют три метода редактирования генома: ZFN, TALEN и CRISPR/Cas9.

Последний метод является более передовым и более легким в разработке и применении. К тому же терапия на основе от первых методов могут быть привести к токсикозу или летальному исходу. Однако это не означает, что нет серьезных побочных эффектов у метода СRISPR/Cas9.Cсылка на статью

Генная инженерия является довольно молодой и бурно развивающейся отраслью, ведь количество людей с неизлечимыми заболеваниями на сегодняшний день и генными мутациями возрастает, а достигнутый научный потенциал позволяет разрабатывать эффективные методы борьбы.

Недавно стало известно о создании метода CRISPRoff и CRISPRoff на основе CRISPR с деактивированным белком Cas9 (deadCas), способный только связываться с нужным участком ДНК, но не вносить в него разрыв.

Если говорить простым языком, то ученые разработали своего рода «выключатель» генов.

Несмотря на универсальность этих методов, их применение ограничено необходимостью вносить разрывы в последовательность ДНК, что часто приводит к мутациям в нецелевых районах генома и неправильному восстановлению ДНК в целевых. Так, например, скандально известный Хэ Цзянкуй, который впервые получил генно-модифицированных детей (а в последствии и тюремный срок на 3 года), не смог контролировать точность работы CRISPR в своих экспериментах — в геномах близняшек оказались нецелевые мутации. К тому же он не получил разрешение на проведение такиъ экспериментов.

Раз уж мы коснулись модификации эмбрионов, то стоит упомянуть Британских ученых (нет, не тех, которые в анекдотах фигурируют).

В прошлом 2020 году, когда вовсю бушевала эпидемия коронавируса парни из Королевства опубликовали научную статью с названием «Частота потери гетерозиготности клеток модифицированных методом CRISPR-Cas9 человеческих эмбрионов на ранней стадии развития» в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Биологи проанализировали данные, полученные в предыдущих исследованиях, в которых изучали функции белка OCT4 в человеческих эмбрионах в течение первых нескольких дней развития. Данный белок участвует в самообновлении недифференцированных эмбриональных стволовых клеток.

В большинстве случаев CRISPR/Cas9-индуцированные мутации представляли собой небольшие вставки и делеции (удаления участков) -примерно в 16% образцов. Исследования проводились на 6-ой хромосоме.

CAR-T & CRISPR/Cas9

На сегодняшний день проводятся исследования для применения метода CRISPR/Cas9 в CAR-T терапии и разрабатывают прерараты, однако на сегодняшний день этот метода лечения рака является довольно дорогим и немногие могут себе это позволить.

Когда сегодня говорят о биотехнологиях, то, в основном, они будут связаны с CAR-T и CRISPR. Акции биотехнологических компаний стоят безумно дорого, хотя этот рынок еще не поделен полностью — все хотят стать первыми разработав революционую технологию лечения рака или бессмертной жизни (а кто не хочет?).
Может вы слышали о компании CRISPR Therapeutics AG? Вот теперь вы знаете откуда ноги растут.

Россия тоже не хочет окончательно растерять позиции на мировой арене и

недавно премьер-министр РФ Михаил Мишустин утвердил Программа фундаментальный научных исследований на 2021-2030 годы с объемом финансирования более 2,1 трлн рублей. Среди медицинских направлений превалируют генетические технологии, в том числе упоминается метод редактирования генома CRISPR/Cas9. Его планируется применить для лечения нейробластомы.

Среди источников финансирования проекта указаны две другие госпрограммы – «Научно-технологическое развитие России» и «Развитие здравоохранения». «Программа ориентирована на развитие всех направлений фундаментального научного знания, в том числе таких направлений, как компьютерные науки, нанотехнологии, клиническая и профилактическая медицина», – говорится в сообщении на сайте правительства.

Значительное внимание в программе уделяется научным задачам и «ожидаемым прорывным результатам» в онкологии. На основе технологии CRISPR/Cas9, например, планируется создавать вирусные и невирусные генетические конструкции «для нокаута генов урокиназы и урокиназного рецептора в опухолевых клетках, в частности нейробластоме».