Нижегородские ученые изобрели уникальный чип для быстрой диагностики рака

Массового производства таких чипов ждут уже несколько стран мира. Фото: Юлия ВАСИЛИШИНА

- Разработкой этого биочипа мы занимаемся с 2012 года, но свой нынешний вид он приобрел только пару лет назад, когда появился инвестор, - рассказывает один из авторов проекта, руководитель лаборатории молекулярной биологии и биотехнологии ННИИ им. Блохиной Олег Уткин . – Аналогов этой тест-системе нет нигде в мире, достоверность диагноза составляет 95%.

То, что в стенах нижегородского института идет разработка уникальной технологии, сразу и не скажешь. Ни тебе секретных паролей на входе, ни автоматчиков на охране. Из всех мер предосторожности - только бахилы и обязательный белый халат на входе в лабораторию.

- Вот это и есть наш биочип, - показывает мне Олег крохотную, едва различимую на ладошке стеклянную пластинку. Глядя на эту крошку, с трудом верится, что она способна выявить практически любой вид рака всего за полтора часа. За эту технологию многие президенты отдали бы полцарства и дочку в придачу.

- Принцип действия этой системы прост: берем любой биоматериал - серозную жидкость, мочу или послеоперационный материал – и вносим в ячейки биочипа. Всего в чипе 15 секторов, в каждом из которых содержится помеченный флуоресцентным раствором белок. Если будут выявлены какие-то признаки онкологии, то клетки в ячейке покажут свечение под флюоресцентным микроскопом.

Кстати, в отличие ото всех остальных методов диагностики, биочип не только просигнализирует о самом факте онкологического заболевания, но и определит его разновидность и где есть метастазы, - тем самым поможет врачу дать прогноз по течению болезни и по подбору персональной терапии. На сегодняшний день тест-система способна диагностировать едва ли не все виды рака: легких, молочной железы, желудка, толстой кишки, яичников… В зависимости от подозреваемой разновидности онкологии будет меняться и набор белков в биочипе.

- Сейчас существует восемь разновидностей таких тест-систем - от обычной скрининговой, которая просто выявляет наличие онкологии, до заточенных под каждую патологию, - объясняют разработчики. – Что самое главное – для проведения исследований не нужно ни дорогущих лабораторий, ни огромного штата высококвалифицированных врачей. Внести биоматериал в нашу тест-систему может любой лаборант, после чего врач-онколог уже может сделать заключение.

За эту разработку ученым уже вручили национальную премию "Призвание". ФОТО: Пресс-служба НижГМА

Эти биочипы просты не только в эксплуатации, но и в производстве. В небольшой лаборатории ежедневно можно делать тысячи таких систем. Отсюда и их дешевизна – один такой чип поликлинике будет стоить чуть больше тысячи рублей. А для самого пациента диагностика и вовсе будет бесплатной – она должна войти в систему ОМС.

- Мы уже получили все необходимые патенты – российский и зарубежный, - рассказывает Олег Уткин. – Но чтобы биочипы поступили в поликлиники, нам необходимо регистрационное заключение Росздрава. Надеемся в самое ближайшее время получить и его. После этого буквально за пару месяцев сможем запустить массовое производство.

Российские ученые из МФТИ и еще нескольких академических институтов создали чип, который позволяет с высокой точностью определять один из самых распространенных раков - колоректальный (так называют злокачественные опухоли толстой и прямой кишки).

ЧТО АМЕРИКАНЦАМ ЗАПРОСТО.

Крайне важно, что новый тест очень прост, кровь для него берут из вены точно так же, как для обычного так называемого биохимического анализа. Поэтому он будет хорошо подходить для скрининга - быстрого и простого отбора пациентов даже с ранними формами рака. Сейчас в мире для этого рекомендуют колоноскопию, которую после 50 лет нужно проводить не реже одного раза в десятилетие. Это совсем непростая и не очень приятная процедура, при которой гибкий эндоскоп вводят через прямую кишку в толстый кишечник. В США это профилактическое исследование для людей старше пятидесяти поставлено на поток. Каждый эпизодически получает по почте приглашение на такую диагностическую процедуру.

У нас такое исследование проводят по показаниям, когда есть симптомы какого-либо заболевания толстого кишечника. Если же кто-то хочет просто провести такое профилактическое исследование, как это делают в США, чтобы не проморгать болезнь, это можно сделать на платной основе в индивидуальном порядке. Может быть, всем поголовно его и не стоит делать, но тем, у кого есть факторы риска развития колоректального рака, это исследование лишним не будет.

Почему ранняя диагностика рака толстой и прямой кишки так важна? Во-первых, это заболевание одно из самых распространенных - в развитых странах эта злокачественная опухоль стоит на 3-м месте среди всех видов рака. Во-вторых, болезнь весьма тяжелая и тяжело лечится. Несмотря на большие достижения в ее лечении, результаты далеко не самые лучшие: пятилетнее выживание после хорошей терапии бывает примерно у 60-65% пациентов. И в-третьих, если опухоль выловить на ранних стадиях, то результаты будут гораздо лучшими. Для этого и нужен скрининг. И лучше простой и не очень затруднительный, как колоноскопия.

НАУКА - ПРАКТИКЕ

Над поиском такой методики трудится немало ученых в мире. Например, в США недавно появился метод диагностики по сложному анализу стула. Но наши ученые предложили еще более удачное решение. Про-цедура исследования сведена к забору крови из вены, как это делают при биохимическом анализе крови. Российский биочип построен на совсем иных принципах, чем американский набор для диагностики. Хорошо известно, что в крови есть маркеры, которые могут свидетельствовать о наличии опухоли. Они тем или иным образом связаны с обменом веществ в злокачественных клетках и с ответом организма на опухоль. И таких маркеров много. Беда в том, что они весьма капризны: могут быть не только при колоректальном раке, но и при других опухолях и даже при иных состояниях. То есть их специфичность для данного вида рака не всегда достаточна для уверенной постановки диагноза. Наши ученые нашли выход из этой проблемы: они сделали комбинированный чип, который определяет сразу не один маркер, а много. Благодаря этому точность диагностики повысилась многократно.

Не будем приводить названия маркеров, которые определяются при использовании чипа. Для нас гораздо важнее чувствительность предложенного теста - она составляет 88%. То есть он определяет наличие опухоли у 88% больных из 100. Это очень хороший показатель.

Отчет об исследовании отечественного чипа опубликован на днях во влиятельном международном журнале Cancer Medicine, и есть все основания полагать, что скоро такая полезная диагностическая система поступит в практическое здравоохранение. И самое главное, по этому же принципу можно разработать диагностические чипы и для других видов рака.

Материал подготовил Олег Днепров

ФАКТОРЫ РИСКА КОЛОРЕКТАЛЬНОГО РАКА:

• наличие таких болезней, как дивертикулы толстой кишки и неспецифический язвенный колит (болезнь Крона);
• возраст старше 50 лет;
• наличие этой опухоли у кровных родственников;
• большое содержание жиров и мяса в питании;
• пристрастие к алкоголю;
• курение;
• сахарный диабет, ожирение, низкая физическая активность.

Врачи Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина совместно с нижегородскими коллегами разработали уникальную тест-систему для иммуноцитохимического исследования. Она может заменить собой целую лабораторию, не имеет аналогов в мире и получила высокие оценки ведущих онкологов Японии. С помощью этой инновации можно определять наличие или отсутствие злокачественного новообразования у пациента при первом же обращении в поликлинику. Тест-система продумана таким образом, что ее можно легко и быстро внедрить по всей стране.

Тест-система разработана для диагностики любых злокачественных процессов: рака, меланомы, лимфомы. Она представляет собой сам биочип, сканер для оцифровывания результатов и транспортно-питательную среду для хранения биоматериала.

Биочип — это подложка, разделенная на 15 ячеек, в которые внесены разные антитела. Биоматериал, взятый у пациента на анализ (патологическая жидкость организма или пунктат из новообразования), нужно обработать на стандартной центрифуге, которая есть в любой лаборатории, а затем внести в ячейки, где при нагревании до 37 градусов происходит реакция. Для визуализации реакции к антителам добавлены флуорохромные метки. Когда антиген клетки злокачественного новообразования реагирует с антителом, клетка начинает светиться. По этому свечению сразу можно определить, есть в образце опухолевые клетки или нет.

— Это метод флуоресцентной иммуноцитохимии, — пояснила Марина Савостикова. — Реакция происходит почти мгновенно. Технология позволяет сделать анализ в три раза быстрее, чем стандартным способом, и в три раза дешевле. Провести исследование можно в условиях любой поликлиники, куда обратился пациент с какой-либо жалобой.

Несмотря на то что с помощью биочипа можно отличить злокачественное новообразование от доброкачественного, врачи не предлагают таким образом проверять всех подряд на наличие рака. На анализ берутся жидкость или клетки патологической ткани, полученные с помощью пункции.

— Например, пациент обратился к терапевту с жалобой на припухлость на шее, — объясняет Марина Савостикова. — Это может быть обычным лимфаденитом, кистой шеи, аллергической реакцией на укус насекомого, саркомой мягких тканей шеи. А если у пациента обнаружена жидкость в легких, причиной может быть туберкулез, пневмония, метастаз рака, мезотелиома. С помощью новой тест-системы мы можем всё это исключить и дать рекомендации врачам, где искать проблему.

Для широкого внедрения этого метода диагностики не требуется сажать онкоцитологов в лабораторию каждой поликлиники. Нужно всего лишь оснастить каждую лабораторию биочипами и сканерами. Желательно, чтобы в ней был запас пробирок с транспортно-питательной средой (ТПС). Это тоже разработка авторов проекта. ТПС — это плотно закупоренная пробирка, в которую вносится биоматериал. Пробирка содержит консерванты, сдерживающие рост микробов. В этой среде биоматериал может храниться без холодильника до месяца.

Хирург поликлиники или больницы должен взять пункцию и внести патологический материал в ТПС, а затем на биочип. После этого поместить тест-систему в сканер, который перешлет изображение специалисту референсного центра.

По словам Святослава Зиновьева, производство сканеров — это импортозамещение. Итоговая стоимость каждого аппарата получится в 10 раз меньше импортного аналога. Сканеры прошли лабораторное испытание, и сейчас разработчики подают документы на их регистрацию.

Биочип устанавливают в сканер, который оцифровывает изображение и передает его в региональный референсный центр. Там изображение смотрят цитологи с большим опытом работы, проводят анализ дистанционно полученного материала и высылают заключение обратно. Пациент при повторном посещении врача получает точный диагноз и возможность начать лечение. Все сложные случаи, которые региональные цитологи не смогли интерпретировать, будет рассматривать консилиум РОНЦ им. Н.Н. Блохина. Связь с главным референсным центром организуют через информационно-аналитическую систему, создание которой тоже входит в проект.

— Очень важно поставить диагноз как можно раньше. Для онкологического пациента эти сроки — жизнь. В век таргетных технологий онкология лечится. Сейчас пятилетний рубеж выживания — это норма. Есть опухоли, от которых уже не умирают. Например, это опухоль щитовидной железы, — отметила Марина Савостикова.

По словам Святослава Зиновьева, диагностика с помощью новой тест-системы может быть бесплатной для пациентов, потому что иммуноцитохимическое исследование входит в стандарты обязательного медицинского страхования (ОМС).

— О готовности работать по новой схеме уже заявили Нижний Новгород, Чебоксары, Санкт-Петербург, Ярославль, Ростов-на-Дону, Краснодар и другие регионы. Мы общались с цитологами, директорами и главврачами онкодиспансеров, представителями министерств некоторых регионов и везде встречали большую заинтересованность, — рассказал Святослав Зиновьев.

Сейчас создатели биочипа ждут заключения Росздравнадзора, без которого невозможно начать массовое производство.

— Чтобы не терять время, мы уже начали готовить специалистов, которые будут работать с новой системой, — уточняет Марина Савостикова. — Цитологи будут проходить у нас обучение, сдавать экзамены и получать сертификаты. И только после этого они смогут самостоятельно интерпретировать результаты, полученные на биочипе.

При положительном вердикте Росздравнадзора участники проекта обещают очень быстрое его внедрение в практику. Реальный срок — апрель 2017 года.

Эксперты-онкологи подтверждают необходимость массового внедрения такого вида диагностики.

По мнению главного онколога Минздрава, такие системы необходимо тиражировать, причем не только у нас в стране.

ТАСС, 15 июня. Биологи впервые диагностировали раковую опухоль с помощью секвенирования РНК – метода, который позволяет отслеживать изменения в активности отдельных генов в клетках. Об этом пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в научном журнале Biomedicines.

"Мы впервые показали, что результаты РНК-анализа и иммуногистохимических исследований прекрасно соответствуют друг другу. Только для последних нужно сделать намного больше экспериментов и потратить гораздо больше материала. Секвенирование РНК позволяет сразу количественно охарактеризовать работу всех 20 тысяч генов, кодирующих белки", – рассказал один из авторов исследования, заведующий лабораторией в МФТИ Антон Буздин.

По статистике Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), различные формы рака сейчас находятся на втором месте среди всех возможных причин смерти. Примерно каждый шестой человек умирает от злокачественных опухолей или связанных с ними осложнений, и только за прошлый год от рака умерли почти 10 млн человек по всему миру.

Около 90% этих смертей связаны с тем, что врачи или сам больной обнаруживают рак слишком поздно, когда его клетки уже начинают распространяться по организму, а иммунитет не может подавить метастазы. Поэтому ранняя диагностика рака сегодня остается одним из главных приоритетов как для врачей, так и для ученых.

Буздин и его коллеги сделали большой шаг в сторону создания простых и дешевых систем диагностики рака. В помощью их методики можно искать следы самых разных типов опухолей по характерным изменениям в работе всех генов клеток.

Новая диагностика рака

Как правило, медики определяют конкретный тип рака, от которого страдает пациент, с помощью иммуногистохимического исследования. Для этого ученые извлекают небольшой фрагмент опухоли из тела, погружают его в парафин и разрезают на множество тонких слоев. Эти слои окрашиваются при помощи специальных антител, которые могут присоединяться к различным белкам, молекулы которых раковые клетки вырабатывают в больших количествах.

Как правило, у каждого типа рака есть свой собственный набор подобных белковых маркеров, поэтому его диагностика – очень сложная и дорогая процедура. Российские и швейцарские ученые выяснили, как сделать этот процесс быстрее и дешевле, используя те же срезы опухолей, которые применяются при иммуногистохимии.

Буздин и его команда предположили, что те же самые изменения в работе генов, которые фиксируются при помощи антител, можно обнаружить, используя секвенирование РНК. Они проверили, так ли это на самом деле, на 60 образцах опухолей, извлеченных из груди и легких нескольких пациентов, а также из их лимфатических узлов.

Ученые подготовили срезы этих новообразований и обработали их и тем, и другим образом. Далее ученые следили за тем, как менялась активность четырех ключевых генов, связанных с развитием рака груди, а также гена PDL1, нарушения в работе которого служат главным индикатором появления одной из распространенных форм рака легких.

Эксперименты показали, что результаты работы традиционной методики диагностики рака и РНК-секвенирования полностью совпали. Как считают ученые, это говорит о том, что их подход можно уже сейчас применять в медицинской практике для определения типа опухолей и выработки оптимальных стратегий лечения раковых больных.

В сообщении поясняется, что ученые уже запатентовали эффективный способ выделения из крови экзосом (микроскопических внутриклеточных частиц, выделяемых в межклеточное пространство клетками из различных тканей и органов), участвующих в процессах зарождения и развития опухолей.

По словам ученого, у онкобольных выделяемые опухолевыми клетками экзосомы влияют как на развитие первичного опухолевого очага, так и на отдаленное метастазирование, а также активируют рост и проникновение новообразования, стимулируют угнетение иммунитета и устойчивость к лекарственным средствам.

Тамкович отметила, что в настоящее время ученые научились с большой чувствительностью и специфичностью распознавать рак молочной железы первой степени. По ее словам, полученные результаты выше мировых аналогов.

да это не новость. Где-то читал или видел данную инфу.

и вот у меня теперь вопрос как раньше то рак находили? Всегда думал что во время диспансеризации сдаешь кровь на анализ и флюорографию

Сначала наши ребята лекарство от эболы разработали. теперь это. молодцы, как всегда Новосибирский академгород как всегда на высоте))

А можно поучаствовать?

Российские учёные заставили сибирского медведя производить мощнейший антибиотик

Один из самых мощных антибиотиков, известных ученым - амикумацин, обнаружили в пасти дикого сибирского медведя, а после создали его синтетический аналог ученые из Института биоорганической химии им. М.М Шемякина и Ю.А Овчинникова РАН. Работа опубликована в журнале Antibiotics. Исследования поддержаны Российским научным фондом (РНФ).

Антибиотик амикумацин, живущий в бактерии Bacillus pumilus, был известен с 1981 года, когда ее нашли среди почвенных бактерий. Выделенное вещество оказалось способным убивать болезнетворные бактерии, а также показало свой высокий противораковый эффект. Однако лекарства сделать из него до сих пор не удавалось никому. Синтезировать амикумацин не получилось из-за очень сложного строения его молекулы, попробовали применить на практике как препарат, и снова неудача — молекула оказалась крайне нестабильной, препарат со временем разрушался и становился неактивным.

Ученые ИБХ РАН, несколько лет занимающиеся поиском веществ, обладающих антибиотической активностью при помощи специально созданной ими методики, повторно нашли амикумацин в природе, но не в почве, а в пасти дикого зверя.

– Мы не знали, что в медведе есть антибиотики, но предполагали это, - поясняет руководитель проекта, доктор химических наук, заместитель директора по науке Иван Смирнов. – Рассуждали так: медведь всеядный, как человек, но при этом он - хищник, который часто, расправляясь с добычей или убегая от врагов, получает травмы, в том числе и в полости рта. Мы предположили, что у него в организме должен быть источник, который убивал бы болезнетворные бактерии, размножающиеся в его ротовой полости при ранении. То есть это было чисто теоретическое предположение.

Дальше началось самое интересное. Для того, чтобы взять на анализ мокроту из медвежьей пасти, московские ученые отправились не в зоопарк и не в цирк, а в самую настоящую дикую тайгу. Проводником попросили стать опытного охотника, научного руководителя новосибирского Института фундаментальной биологии и медицины РАН академика Валентина Власова.

– Мы хотели найти именно дикого медведя с неизменной внутренней микробиотой,- говорит исследователь. - Медведи в зоопарке получают стабильный рацион питания, а значит, им в пищу попадает примерно такое же количество антибиотиков из продуктов, как и человеку.

В настоящее время ученые все-таки создали синтезированные аналог амикумацина. Есть у них идеи того, как сделать вещество более стабильным. Процесс приручения идет не быстро, но они уверены, что найдут способ заставить строптивое вещество лечить людей.

Алексей Ржевский с разработанным чипом

Ученые Сеченовского университета совместно с исследователями из Австралии разработали устройство на основе технологии микрофлюидики (микрогидродинамики), с помощью которого можно выделять раковые клетки из мочи пациентов с раком предстательной железы. Результаты исследования, показавшего чувствительность и специфичность этого метода в диагностике рака, были опубликованы в журнале Cancers.

Рак предстательной железы занимает второе место по распространенности среди мужчин, в 2018 году он был диагностирован у 1,27 млн человек, почти 360 тысяч заболевших умерли. Добиться значительного снижения смертности пока не удается из-за того, что не найдено достаточно точного и при этом практически применимого метода диагностики, позволяющего выявлять заболевание на ранней стадии.

Обычно для проверки этого диагноза используется анализ крови на простатический специфический антиген (ПСА, его уровень повышается при раке простаты и некоторых других состояниях) и тканевая биопсия – взятие образца тканей для исследования. Оба эти метода имеют существенные недостатки. Так, анализ крови на ПСА недостаточно специфичен и может давать ложноположительные результаты, в частности, при других заболеваниях предстательной железы. Тканевая биопсия сама по себе является высокоинвазивным вмешательством, которое создает риск развития инфекции, локальных кровотечений и других осложнений. Также, как показали предыдущие исследования, жидкая биопсия крови (выделение из нее раковых клеток) обладает достаточно низкой чувствительностью из-за того, что концентрация таких клеток в крови мала. Альтернативой может стать жидкая биопсия мочи. Наличие клеток рака предстательной железы в моче объясняется тем, что протоки предстательной железы анатомически связаны с уретрой, и раковые клетки пассивно выводятся в процессе мочеиспускания.

Чтобы выделять клетки из жидкости, ученые предложили использовать разработанный ими микрофлюидный чип. Он представляет собой форму, отлитую из полимера, с тонким раздвоенным на конце каналом в форме спирали и тремя отверстиями: одним для поступления образца мочи и двумя – для сортировки клеток. При этом чип сконструирован таким образом, чтобы при пропускании жидкости через канал крупные – раковые – клетки смещались к внутренней стенке спирали и выходили через внутреннее отверстие, а более мелкие и легкие клетки – к наружной стенке, и выходили через наружное отверстие. Такой эффект обеспечивается одновременным воздействием на клетки нескольких центробежных сил.

Собранные клетки окрашивали с помощью флуоресцирующих антител – молекул, способных присоединяться к определенному типу клеток и светиться при облучении светом определенной длины волны. Клетки опухоли с антителами исследовали с помощью флуоресцентного микроскопа, замеряя интенсивность свечения: если она превышала рассчитанный порог, ученые делали вывод, что клетки являлись онкологическими.

Авторы статьи опробовали работу устройства, используя физраствор с известным заранее количеством клеток (при проведении пилотных экспериментов), а также образцы мочи здоровых людей и пациентов с раком предстательной железы. Чип показал достаточно высокую улавливающую способность и специфичность – в пилотных экспериментах он успешно собирал от 80 до 90% раковых клеток. Положительные результаты дали и тесты с образцами мочи: верно определить наличие заболевания удалось у 12 из 14 пациентов с раком предстательной железы, а его отсутствие – у 11 из 14 здоровых добровольцев.

Российские научные сотрудники из института в Нижнем Новгороде выступили с заявлением о том, что они создали уникальный в своем роде чип. Данное электронное устройство, по словам специалистов из онкологического центра им. Н.Н. Блохина и Медицинской академии Нижнего Новгорода, позволит произвести настоящий фурор в области диагностики раковых заболеваний.

Как заявляют медицинские эксперты, в данное время ученые занимаются тестированием, которое даст возможность оценить реальную эффективность сделанного изобретения. Если удастся в итоге доказать, что чип в действительности способен на ранних стадиях проводить диагностику онкологических заболеваний, то планируется его активное использование в повседневной медицинской практике. Если сотрудники Росздравнадзора примут решение о допуске новинки в лечебную практику, задействовано устройство будет уже с апреля текущего года.

Медики заявили о том, что методы диагностики онкологии сегодня различаются, некоторые из них эффективны, тогда как другие – не очень, поэтому отличается и общая эффективность медицинских действий в отношении пациента. В докладе сотрудников говорится о том, что новинка представляет собой микрочип, работа которого поставлена на основе иммуноцитохимии флуоресценции. В период проведения тестов некоторые человеческие материалы должны быть подвержены указанной температуре, под воздействием которой онкологические клетки начинают взаимодействовать с антителами иммунитета человека.

Исходя из результатов реакции, можно получить вывод, существует ли в организме опухоль или ее нет, и на какой стадии развития находится злокачественное образование. Первое тестирование уже доказало эффективность инновационной разработки. Ученые надеются на то, что изобретение в будущем снизит количество летальных исходов от онкологии, потому что врачам удастся распознавать заболевание на ранних стадиях развития. В конечном итоге они научатся ставить диагнозы онкобольным на ранних этапах, давая им надежду на полное выздоровление.

• Компьютеры и зрение
• Синдром прорезывания зубов
• COVID-19 — советы зарубежных специалистов
• Термометры Microlife: описание, характеристики и преимущества фирменных измерительных устройств

• 
  Выбираем клинику пластической хирургии

Успешность конкретной пластической операции во многом зависит от того, насколько … >>

Лазеры в косметологии используются для эпиляции волос довольно широко, так … >>

Всем женщинам рекомендуется регулярно посещать кабинет гинеколога. Часто представительницы прекрасного … >>

Ни для кого не секрет, что инъекции Ботокса на сегодняшний … >>

Глаза женщины – это отражение ее внутреннего мира. Они выражают … >>

В современном мире многие сталкиваются с таким неприятным явлением, как … >>

Современная женщина научилась ценить свое тело и поняла, что в … >>

CRISPR, дитя современной биологии, растет не по дням, а по часам. Он вырос из непонятной части бактериальной защитной иммунной системы в инструмент для лечения генетических заболеваний, улучшения микроорганизмов, улучшения производства пищи и уничтожения вредителей. С тех пор, как ученые приняли на вооружение этот инструмент для редактирования генов и начали использовать его на клетках млекопитающих, CRISPR был забаррикадирован за клеточными мембранами. Технология редактирования генов творит свою магию, отсекая кусочки неисправной ДНК и вставляя здоровую замену. Все эти действия по вырезанию и вставке сегментов проходили в живых клетках. До сих пор.

Цепочка ДНК она такая.

Для помощи в проведении реакций пробирка заполняется клеточными экстрактами: набором ферментов и других биомолекул, необходимых для работы CRISPR.

В чем же прорыв?

Хорошая диагностика

Заставить CRISPR работать за пределами клетки может показаться странной академической задачей, но при разработке системы ученые держали в уме две определенные цели.

Во-первых, этот инструмент позволяет ученым одновременно делать несколько генетических врезок, в то время как предыдущие версии были ограничены редактированием ДНК в пределах одного гена. Это отличные новости для персонализированной медицины, особенно диагностики рака; многие виды рака имеют мутации в нескольких местах, которые отвечают на разное лечение по-разному.

Перед началом лечения врачи часто отправляют биопсийный образец опухоли пациента на секвенирование ДНК. Этот важный шаг помогает выявить множество генетических мутаций, приводящих к росту или распространению конкретной опухоли.

С помощью нового инструмента ученые могут точно имитировать эти мутации в синтетических фрагментах ДНК в пробирке, по сути воссоздавая рак в безопасной, контролируемой среде. Это дает ученым доступ к биологическим путям, затронутым мутациями, и может помочь в создании персонализированной стратегии лечения.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Кмиец не первым увидел в CRISPR инструмент диагностики. О том, что помимо генной терапии CRISPR может мощно показать себя в диагностике, было понятно давно. Ранее мы писали о том, что две группы ученых представили тесты DETECTR и SHERLOCK, которые эффективно охотятся на вирусы Зика, денге или опасные штаммы ВПЧ, которые приводят к раку шейки матки.

Применение технологии CRISPR или редактирования генома получило одобрение на реализацию в ряде мировых держав

Если отложить в сторону непосредственные приложения, команда ученых также надеется расширить терапевтические возможности CRISPR до гораздо более широкого набора заболеваний человека. Существующие инструменты CRISPR идеально подходят для лечения болезней, вызванных мутациями в одном гене, таких как серповидноклеточная анемия или болезнь Хантингтона. Но поскольку работа Кмиеца нацелена на несколько генов одновременно, она может потенциально привести к лечению болезней с более сложным генетическим происхождением — множественных мутаций во множестве генов — если эти мутации хорошо охарактеризованы.

Проход сквозь линзу

Изоляция CRISPR в пробирке имеет и другой плюс: она позволяет ученым четко понять, что происходит до, во время и после редактирования. И поскольку клинические испытания CRISPR активно продвигаются, важно понимать, как сделать технологию более точной и эффективной.

CRISPR уже многого добился, но неудобная правда заключается в том, что ученые пока не совсем уверены, как инструмент работает, попадая в клетку. Как инструменты взаимодействуют с другими биокомпонентами в клетке? Он отсекает только целевую ДНК или же его ножницы могут пойти вразнос в определенных обстоятельствах?

Ограничивая CRISPR серией биохимических реакций в тестовой пробирке, ученые предлагают способ рассмотреть сложные молекулярные взаимодействия, которые проходят во время разреза ДНК, замены генов и других процессов. Подход — исключительно редукционистский. Но он позволяет бесклеточной системе работать подобно Arduino, экспериментировать с возможностями CRISPR и создавать новые биологические инструменты, которые и представить трудно.

Подмена

Институт редактирования генов практически сразу столкнулся с проблемой, разрабатывая свою бесклеточную систему.

Проблемным ребенком оказался Cas9, ножничный белок, который используется в системах CRISPR. Когда ученые замешали его с плазмидной ДНК — типом циркулярной ДНК, которую ученые часто используют для доставки генов в клетки — в пробирке, белок был абсолютно неактивен.

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

Выяснилось, что Cas9 нужно заменить на Cpf1 (он же Cas12a), другой член растущей библиотеки Cas-белков. Впервые открытый в 2015 году, Cpf1 уже доказал свою пользу в создании трансгенных мышей и корректировке мутации, вызывающей мышечную дистрофию. Не так давно Cpf1 использовался в системе DETECTR для борьбы с вирусами, вызывающими рак. У этого белка светлое будущее: компания Editas, редактирующая гены, лицензировала его для дальнейшей разработки в 2016 году.

Система Кмиеца — лишь один из примеров того, как далеко продвинулся CRISPR. Поскольку CRISPR продолжает расти, его разработчики обещают нам много нового, чего мы даже и представить не можем.

За все время своего существования человечество постоянно борется с эпидемиями и болезнями, вспышки которых периодически стирают часть населения с лица Земли. Часто возбудителями заболеваний являются бактерии, однако вирусы тоже никуда не деваются. Наиболее живучая их часть остается непобежденной, многие из них продолжают уносить человеческие жизни. За примером далеко ходить не надо, коронавирус всего за несколько […]

Вот так живёшь, решаешь важные вопросы, а дома смотришь на кота и думаешь, как ему в жизни повезло — лежит ничего не делает, а его за это ещё и любят. Завидно! Но не обольщайтесь, у котов нет странных болезней. Но есть несколько животных, чьи заболевания: а) странные, б) занятные для изучения. И хоть организм человека […]

Об этом мало кто задумывался и осознавал, но курицы — это самая многочисленная и распространенная домашняя птица. Считается, что на сегодняшний день их количество исчисляется 24 миллиардами особей. В этом нет ничего удивительного, потому что куриц разводят ради яиц, мяса, пуха и перьев. Именно они являются основным источником белка для людей и, без преувеличений, они […]