Партнер дайджеста — Университет «Сириус»

Университет «Сириус» — это качественно новый подход к образованию и научно-исследовательской деятельности. В нем нет привычных факультетов и кафедр, ядро университета составляют Научные центры по приоритетным для России направлениям, которые возглавляют ученые с мировым именем.

Нейроиммунология

Целенаправленное воздействие на патологию бета-амилоида с помощью терапии астроцитами с химерным антигенным рецептором (CAR-A)

Новое исследование, опубликованное в Science, посвящено новой экспериментальной стратегии лечения болезни Альцгеймера — одного из самых распространенных нейродегенеративных заболеваний и главной причины деменции. Болезнь Альцгеймера характеризуется накоплением в мозге белка амилоида-β, который образует так называемые амилоидные бляшки. Эти структуры нарушают работу нейронов и со временем приводят к повреждению мозга и ухудшению когнитивных функций. Хотя уже существуют препараты, направленные на удаление амилоида, их эффективность ограничена, поэтому исследователи продолжают искать новые способы борьбы с этой патологией.

В данной работе ученые предложили необычный подход, вдохновленный технологиями иммунной терапии рака. Они создали генетически модифицированные клетки мозга — астроциты — которые несут специальные рецепторы, называемые химерными антигенными рецепторами. Такие клетки получили название CAR-A (chimeric antigen receptor astrocytes). Эти рецепторы позволяют астроцитам распознавать и связываться с амилоидными бляшками, фактически превращая их в активных «охотников» за патологическим белком в мозге.

Сначала исследователи проверили работу таких модифицированных астроцитов в лабораторных условиях. Эксперименты показали, что созданные клетки действительно способны распознавать амилоид-β и реагировать на его присутствие. Затем технология была протестирована на моделях болезни Альцгеймера у животных. В этих экспериментах оказалось, что введение CAR-A клеток может уменьшать количество уже существующих амилоидных бляшек и даже предотвращать их появление на ранних стадиях заболевания.

Дополнительный анализ активности клеток мозга показал, что лечение вызывает сложную реакцию глиальных клеток — прежде всего астроцитов и микроглии. Эти клетки начинают координированно взаимодействовать и участвовать в очищении мозговой ткани от патологического белка. При этом разные варианты созданных рецепторов вызывали немного различную реакцию клеток, что указывает на возможность дальнейшей оптимизации такой терапии.

Авторы делают вывод, что использование генетически модифицированных астроцитов может стать перспективным направлением лечения болезни Альцгеймера. Такой подход отличается от традиционных лекарств тем, что он использует живые клетки, способные активно реагировать на патологию и длительно действовать в мозге. Хотя метод пока находится на стадии экспериментальных исследований, он демонстрирует потенциал для создания новых видов клеточной терапии, способных замедлять или изменять развитие нейродегенеративных заболеваний. — Targeting amyloid-β pathology by chimeric antigen receptor astrocyte (CAR-A) therapy, «Биомолекула»: «На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера».

Молекулярная биология

Небольшая рибозим-полимераза способна синтезировать себя и свою комплементарную нить

Другая работа из Science посвящена исследованию происхождения жизни и роли молекул РНК в самых ранних этапах эволюции. Многие ученые считают, что до появления современных клеток существовал так называемый «РНК-мир» — гипотетическая стадия, когда молекулы РНК одновременно выполняли функции хранения генетической информации и катализа химических реакций. Ключевой задачей для такой системы было появление молекул, способных копировать другие РНК-цепочки, то есть примитивных ферментов-репликаторов.

Авторы работы исследовали полимеразные рибозимы — молекулы РНК, которые могут катализировать синтез других РНК. Эти структуры рассматриваются как возможные предшественники современных ферментов, участвующих в репликации генетического материала. Ученые сосредоточились на очень небольших рибозимах и попытались понять, какие минимальные структурные элементы позволяют таким молекулам выполнять каталитическую функцию.

В ходе экспериментов исследователи обнаружили несколько очень маленьких мотивов рибозимов, которые способны выполнять ключевые этапы реакции полимеризации РНК. Несмотря на простоту структуры, такие молекулы могут ускорять химические реакции, необходимые для копирования РНК-цепей.

Полученные результаты помогают понять, как могли постепенно возникнуть более сложные биологические системы. Небольшие каталитические фрагменты РНК могли служить «строительными блоками», которые со временем объединялись или эволюционировали в более крупные и эффективные рибозимы. Такой путь делает гипотезу РНК-мира более правдоподобной, поскольку показывает, что сложные функции могли возникать из сравнительно простых молекулярных структур. Ведь даже очень маленькие молекулы РНК способны выполнять важные каталитические задачи, связанные с копированием генетической информации. Это поддерживает идею, что ранняя жизнь могла начаться с простых РНК-систем, которые постепенно усложнялись и в итоге привели к появлению современных клеток с ДНК, белками и сложными ферментативными механизмами. — A small polymerase ribozyme that can synthesize itself and its complementary strand, «Биомолекула»: «РНК: начало (мир РНК)».

Регенеративная медицина

В Японии получено два условных разрешения на терапию с использованием стволовых клеток

Клеточные терапии на основе стволовых клеток начинают переходить из стадии лабораторных исследований к реальному применению в медицине. Поводом для обсуждения стали два новых препарата, созданных на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток), которые получили условное одобрение регуляторов в Японии. Эти решения рассматриваются как важный шаг для всей области регенеративной медицины, поскольку они позволяют впервые начать применение подобных технологий для лечения серьезных заболеваний, включая болезнь Паркинсона и тяжелую сердечную недостаточность.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки получают путем перепрограммирования обычных клеток организма в состояние, похожее на эмбриональные клетки. После этого из них можно вырастить различные типы тканей — например, нейроны или клетки сердечной мышцы. Эта технология стала одним из главных прорывов современной биомедицины после открытия iPS-клеток в 2006 году. Япония играет в этой области особенно важную роль: в стране были созданы крупные исследовательские центры и банки клеточных линий, которые позволяют производить клетки для медицинских применений.

Одно из рассматриваемых в статье видов лечения направлено на пациентов с болезнью Паркинсона. В рамках этой терапии в мозг пересаживают клетки-предшественники нейронов, полученные из iPS-клеток, чтобы восстановить нейронные сети, поврежденные заболеванием. Другая разработка предназначена для людей с тяжелой сердечной недостаточностью: в этом случае пациентам имплантируют клетки сердечной мышцы, которые должны способствовать восстановлению поврежденной ткани сердца.

Особенность японской системы регулирования состоит в том, что она допускает так называемое условное и ограниченное по времени одобрение. Если терапия показала безопасность и потенциальную эффективность в небольших ранних клинических испытаниях, ее можно применять у пациентов до завершения крупных клинических исследований. При этом разработчики обязаны продолжать сбор данных о безопасности и эффективности лечения в течение нескольких лет.

Несмотря на оптимизм вокруг новых методов, некоторые ученые выражают осторожность. Ранние испытания включали небольшое число пациентов и не всегда имели строгие контрольные группы, поэтому пока трудно точно оценить реальную эффективность терапии. Тем не менее, многие исследователи считают, что такие проекты демонстрируют переход регенеративной медицины в новую фазу — когда технологии стволовых клеток начинают постепенно превращаться из экспериментальной идеи в реальные методы лечения серьезных заболеваний. — Poxvirus attack of antiviral defense pathways unleashes an effector-triggered NF-κB response, «Биомолекула»: «В поисках клеток для ИПСК — шаг за шагом к медицине будущего».

Трансляционная медицина

Белковая терапия с использованием самоамплифицирующейся РНК

Очередная статья из Science посвящена новому направлению биомедицины — использованию самоусиливающейся РНК (self-amplifying RNA, saRNA) для терапии заболеваний. Такой подход рассматривается как развитие технологий мРНК-терапии, получивших широкое внимание после создания мРНК-вакцин. В отличие от обычной мРНК, самоусиливающаяся РНК может копировать саму себя внутри клетки, благодаря чему даже небольшое количество введенной РНК способно производить больше нужного белка в организме.

В статье обсуждается исследование, в котором эту технологию применили для лечения повреждения сердца после инфаркта миокарда. После инфаркта часть сердечной мышцы погибает из-за недостатка кислорода, и сердце навсегда теряет способность эффективно перекачивать кровь. Ученые предложили использовать saRNA, которая заставляет клетки производить терапевтический белок, помогающий восстановлению сердечной ткани и улучшению работы сердца.

Особенность метода состоит в том, что одна инъекция РНК может запустить длительное производство нужного белка прямо в клетках организма. Поскольку РНК самовоспроизводится внутри клетки, для терапии требуется значительно меньшая доза по сравнению с обычными мРНК-препаратами. Это может снизить стоимость лечения и уменьшить возможные побочные эффекты, связанные с введением больших количеств генетического материала.

Эксперименты на животных показали многообещающие результаты. В моделях инфаркта у мышей и свиней использование самоусиливающейся РНК приводило к улучшению функции сердца после повреждения. У животных наблюдалось лучшее восстановление работы сердечной мышцы по сравнению с контрольными группами, что указывает на потенциал этой технологии для лечения сердечно-сосудистых заболеваний.

Авторы отмечают, что подобные РНК-терапии могут стать важным новым классом лекарств. Помимо лечения инфаркта, самоусиливающаяся РНК потенциально может использоваться для терапии различных заболеваний, где необходимо временно заставить клетки вырабатывать полезные белки. Хотя технология еще требует дальнейших исследований и клинических испытаний на людях, она демонстрирует перспективный путь развития генетической и белковой терапии в медицине. — Protein therapy with self-amplifying RNA, «Биомолекула»: «РНК-терапия: новая глава в истории медицины».

Молекулярная биология

Почему «квантовые белки» могут стать следующим прорывом в биологии

Новое направление в молекулярной биологии связано с так называемыми «квантовыми белками» — белками, свойства которых можно использовать для сверхчувствительных измерений внутри клеток. Эти белки основаны на комбинации биологических флуоресцентных меток и принципов квантовой физики, что позволяет регистрировать микроскопические изменения, например, слабые магнитные поля на уровне отдельных клеток или участков тканей. Такой инструмент открывает возможность наблюдать процессы внутри живых клеток с беспрецедентной точностью, что может значительно расширить понимание того, как работают биологические системы на молекулярном уровне.

В традиционной биологии флуоресцентные белки уже широко используются для визуализации клеточных компонентов, но их разрешающая способность ограничена классическими физическими принципами. Новые разработки, обсуждаемые в новой статье журнала Nature, направлены на объединение этих биологических маркеров с элементами квантовых технологий, такими как суперпозиция состояний и квантовая когерентность, что позволяет получать сигналы с намного меньшим фоном и большей чувствительностью.

Одной из ключевых возможностей таких квантово‑улучшенных флуоресцентных белков является измерение микроскопических магнитных полей, которые возникают, например, при работе нейронов или ферментов. Понимание этих полей может дать новую информацию о биофизических процессах, поскольку магнитные эффекты часто сопровождают движение электронов и другие фундаментальные явления внутри молекул. Инструменты на их основе способны помочь ученым лучше понять, как клетки реагируют на сигналы, как передаются нервные импульсы и как изменяется структура белков при различных физиологических условиях.

Авторы статьи отмечают, что такие технологии все еще находятся на ранней стадии развития, и многие технические вопросы требуют решения. Например, чтобы квантовые эффекты могли устойчиво использоваться в сложной и шумной среде живой клетки, нужно обеспечить стабильность сигналов и минимизировать влияние внешних факторов. Работа над созданием биосовместимых квантовых датчиков требует междисциплинарного подхода, объединяющего биологов, физиков и инженеров, но первые достижения уже дают основания полагать, что эта область может быстро развиться.

Если такие методы удастся довести до практического применения, они могут значительно расширить арсенал инструментов для фундаментальных исследований и медицинской диагностики. Квантовые белки могут использоваться не только для изучения базовых биологических процессов, но и для разработки новых подходов к диагностике заболеваний, отслеживанию состояния клеток в реальном времени или даже контроля за реакциями лекарств на уровне отдельных молекул. Таким образом, идея сочетания квантовой физики и молекулярной биологии открывает новые горизонты в том, как мы можем наблюдать и понимать жизнь на ее самых фундаментальных уровнях. — Why ‘quantum proteins’ could be the next big thing in biology, «Биомолекула»: «Квантовые точки — наноразмерные сенсоры для медицины и биологии».

Медицина

«Поистине впечатляющий» препарат от сонной болезни упрощает лечение, вселяя надежду на полное искоренение этого заболевания

Новое лекарство под названием акозиборол может радикально изменить подход к лечению африканского трипаносомоза, также известного как сонная болезнь. Это паразитарное инфекционное заболевание, вызываемое Trypanosoma brucei и распространяемое через укусы мух цеце, поражает центральную нервную систему и почти всегда заканчивается смертью без лечения. Нынешние виды терапии сложны, требуют многократных инъекций, госпитализации или длительного курса таблеток, а также диагностики, включающей люмбальную пункцию, чтобы определить стадию заболевания.

Новый препарат акозиборол был разработан с целью максимально упростить лечение. Он принимается одним приемом трех таблеток, что исключает необходимость длительного наблюдения, сложных процедур и госпитализации. Такой подход особенно важен для отдаленных регионов Западной и Центральной Африки, где инфраструктура здравоохранения ограничена и где живут большинство пациентов с трипаносомозом.

Ключевое преимущество акозиборола в том, что он доказал эффективность почти 95 % в клинических испытаниях как для ранней, так и для поздней стадии заболевания, включая случаи, когда инфекция уже затронула мозг. Это означает, что препарат может заменить традиционное разделение лечения на разные стадии и устранить необходимость в болезненной и ресурсоемкой диагностике.

Кроме того, упрощенный режим приема делает возможным внедрение стратегии «скрининг‑и‑лечение»: пациенты, у которых тест показывает наличие антигенов паразита, могут получать лечение сразу, без дополнительных анализов и процедур. Это может значительно ускорить борьбу с болезнью в масштабах общин и даже на уровне национальных программ здравоохранения.

Авторы статьи и эксперты в области здравоохранения считают, что такая инновация может существенно приблизить выполнение глобальной цели истребления сонной болезни к концу этого десятилетия, особенно если сопровождать ее активным надзором за распространением инфекции, борьбой с переносчиками и укреплением систем здравоохранения. Тем не менее, остаются вызовы, связанные с диагностикой и поддержкой программ лечения в самых труднодоступных районах. — ‘Truly spectacular’ drug for sleeping sickness simplifies treatment, raising hopes for eradication.