Международный медицинский центр по организации лечения в Израиле
В поисках пути излечения всех заболеваний человека
Сразу более шести десятков стран мира работают над совместным научным проектом, задачей которого является составление наиболее полной карты клеток в организме человека. В частности, учёные уже выявили некоторые клетки, способные усовершенствовать терапевтические методы для ряда онкологических заболеваний, болезни Альцгеймера и муковисцидоза.
Произошедший в последние двадцать лет прорыв в генетике, биоинформатике и медицинских технологиях дал возможность учёным заниматься изучением миллионов человеческих геномов одновременно. Исследователи собирают информацию о геноме у максимально возможного количества людей и анализируют её, для того чтобы выяснить каким образом гены взаимодействуют друг с другом.
Жизнедеятельность наших клеток связана с использованием различных генов в различных своих состояниях (здоровом или больном). В частности, генетические изменения, связанные с формированием в организме муковисцидоза или болезни Альцгеймера присутствуют в каждой клетке, но проявятся они лишь в некоторых из них.
Получается, что в тех случаях, когда в теле человека такая болезнь развивается даже сразу в разных органах, то для того чтобы понять причину требуется всего лишь найти те самые первоначальные клетки, генетические изменения в которых начали себя проявлять. Учёным для понимания того, как именно изменения в генах провоцируют зарождение заболевания в организме, необходимо выяснить все типы клеток и каким образом они функционируют, какие свойства проявляют.
На сегодняшний день основной проблемой современной науки является то, что нет полной информации обо всех клетках человеческого организма. Именно по этой причине учёные из разных стран мира, включая Израиль, работают для устранения «белых пятен» в этой области знаний о человеке.
Стартовавший несколько лет назад совместный научный проект «Карта человеческих клеток» ставит своей целью создать подробную карту всех клеток организма человека и изучить, как именно они взаимодействуют друг с другом, для того чтобы использовать эту информацию в перспективных проектах по изучению различных болезней. Комплексное понимание о том, какие типы клеток существуют в человеке, позволит науке сделать существенный шаг вперед в изучении и лечении различных заболеваний.
Профессор Дана Пеэр, родившаяся в Израиле и нынче работающая в одном из ведущих в мире институтов по изучению онкологических заболеваний Слоун-Кеттеринг (США), принимает участие в проекте с самых первых дней его начала. По её словами, геном всех клеток нашего тела практически идентичен. Однако с биологической точки зрения первоочередную важность имеет вопрос, что именно происходит в выбранной клетке организма, то есть то, как она использует одну и ту же генетическую информацию для различных целей в ходе своей жизнедеятельности.
В генах содержится менее 1% информации генома и в клетках в основном закодирована информация о том, каким образом, где и какой именно ген будет работать. То есть в каждой клетке заложен специальный алгоритм, который описывает её реакции на разные ситуации и как она должна взаимодействовать с другими клетками.
Находящиеся рядом друг с другом клетки не просто расположены по соседству друг с другом. Существует сложная система связей между различными типами клеток. И для полного понимания особенностей зарождения и развития заболеваний требуется понимание того, как в теле человека происходят сбои, как это отражается на системе внутриклеточных связей, работе тканей и органов в целом.
Еще недавно наука не умела детально различать типы клеток. Все отличия строились лишь на основе клеточных форм, которые определялись с помощью морфологического анализа.
Одна из авторов проекта, профессор Массачусетского технологического университета Авив Регев, занимается курированием всех исследовательских работ. Благодаря совместной работе нескольких научно-исследовательских лабораторий, включая той, в которой работает Регев, появился на свет ряд технологий под название Single Cell Genomics.
По словам профессора, идея о создании карты клеток у неё возникла еще в 2014 года, когда на основе созданных научных технологий, учёным удалось найти определенные типы клеток и затем отследить их рост, развитие и даже местоположение внутри организма. После чего она вместе со своими коллегами начала разработку очень амбициозного проекта «Карты человеческих клеток».
В 2016 году профессор Регев совместно с доктором Сарой Тейхманн из британского института Welcome Sanger провела 1-ю научную конференцию в Лондоне, на которой была намечена программа создания карты. Там же был сформирован оргкомитет из 24 членов, в который также вошли профессора Пеэр, Регев, Тейхманн, а Стен Линнарссон из Каролинского института в Швеции. По прошествии трёх лет количество участников проекта доросло уже до полутора тысяч учёных из десятков разных стран мира и почти тысячи различных учреждений.
Профессор Эсти Йегер-Лотем из университета имени Бен-Гуриона и Национального института биотехнологии в Негеве вместе со своей лабораторией также принимает участие в данном проекте. По её словам, многие ученые, идентифицируя типы клеток, изучают молекулы РНК, задачей которых является воспроизведение рабочих инструкций в генах. Также они участвуют в регулировании жизнедеятельности клеток, определяя их развитие и функционал.
Профессор Йегер-Лотем отметила, что одной из важнейших научных разработок в начале работы проекта явилась технология маркировки РНК выбранных клеток, для того чтобы научиться различать различные клетки друг от друга. После ряда усовершенствований данной методики учёные уже могут заниматься изучением работы генов в сотнях тысяч клеток организма одновременно. Но так как, то насколько важна клетка, связано в значительной мере с её расположением среди других клеток, то исследователи ищут варианты, как улучшить процесс измерения работы генов в ткани в целом, а не в каждой клетке отдельно.
В одной из совместных статей доктора Регев, Тейхманн и Линнарссон рассказали, что разработка новой методики позволит учёным исследовать одновременно большое количество различных генов и на основе этого разрабатывать интегрированные карты всех типов клеток.
По оценкам учёных, первая редакция «Карты человеческих клеток планируется собрать информацию о 100 млн клеток из определенных крупных тканей и систем организма здоровых участников работы разных полов. На основании результатов работы и учёта полученного опыта в дальнейшем будет создаваться новая карта объёмом более 10 млрд клеток, с охватов всех тканей, органов и систем организма. Таким образом, будет создан полный справочник необходимый для изучения процессов развития болезней, с учётом генетического разнообразия, среды, возраста и пола человека.
Текущий проект идет под эгидой нескольких авторитетных структур и организаций: английский благотворительные фонды Welcome Trust, Мантона и Хелмсли, национальные институты здравоохранения Соединенных Штатов и Евросоюза, инициатива Чан-Цукерберг. Авторы работы планируют закончить текущую карту за пять лет. Разработка же нового проекта по оценкам исследователей займет уже минимум десять лет интенсивной работы.
Авторы проекта считают, что еще до окончания работы над текущим проектом, полученные промежуточные результаты будут приводить к целой серии медицинских открытий и уникальных разработок. На сегодня уже обнаружено несколько новых типов клеток, которые имеют огромное значение с точки зрения медицины. В частности, в лаборатории Авив Регев и доктора Раджогопала была выявлена весьма редкая для нашего организма клетка, которую назвали «легочным ионоцитом».
Другое важное открытие, которое связано с применением новой методики идентификации клеток, было сделано в лаборатории Идо Амит в научно-исследовательском институте им. Вейцмана. Профессору Амиту, участвующему в проекте с первых дней его работы, совместно со своими коллегами удалось обнаружить особые клетки иммунной системы, которые называются микроглией, отвечающие за ликвидацию «мусора» в мозге человека.
А именно его накопление ответственно за формирование и развитие болезни Альцгеймера. Благодаря этому открытию появились новые возможности в области лечения этого опасного заболевания. В частности, одним из подобных вариантов может быть активизация микроглии для того чтобы замедлить течение болезни.
Еще одним ярким примером результатов работы проекта является то, что учёные научились идентифицировать типы клеток, которые участвуют в формировании злокачественных новообразований. Раковые ткани состоят из самых разнообразных клеток. В них помимо, собственно, самих злокачественных клеток входят и иммунные клетки, клетки соединительной ткани, система кровеносных сосудов и капилляров и прочие клетки, все вместе формирующие общую биологическую среду новообразования.
Проведенные научные изыскания доказали, что все эти клетки, входящие в опухоль, как злокачественные, так и здоровые, вместе обеспечивают её рост и бурное развитие. Работа с ними методами иммунотерапии способна дать положительный эффект для пациентов, страдающих от онкологических заболеваний.
Тем не менее, часто пациенты не показывают никакой положительной реакции на проведение иммунотерапии. И благодаря серии экспериментов, в которых принимала участие профессор Регев, была найдена одна из причин подобной проблемы. Был выявлен единственный подтип клетки рака, отделяющий иммунные клетки от злокачественного новообразования.
Совместная работа лаборатории доктора Регев и учёных из института изучения рака в Гарварде с использованием новейших методов вычислений с целью нахождения типа лечения, с помощью которого можно убить злокачественные клетки. На основании полученных данных уже готовится проведение клинических испытаний на человеке.
Помимо вышесказанного, учёные, на основании исследований, проведенных в рамках проекта, выявили абсолютно новые признаки у пациентов, страдающих раковыми заболеваниями.
Безусловно, амбициозность и важное биологическое и медицинское значение проекта «Карта человеческих клеток» можно сравнить с другим грандиозным научно-исследовательским проектом в области биологии: карта генома человека. Обсуждения подобного проекта с нанесением на карту 3 млрд значений ДНК уже широко велись в 80-е годы прошлого века. В 1990 году данный проект стартовал и закончился публикацией результатов в 2001 году.
Проект «Карта генома человека» в общей сложности стоит бюджету США около трёх миллиардов долларов. В ходе его реализации возникла даже острая конкуренция между частными исследованиями по инициативе учёного и бизнесмена Дж. Крейга Вентера и государственными. В конечном результате итоги частного и государственного проектов были опубликованы совместно.
Задачей, как «Карты человеческих клеток», так и «Карты генома человека» является получение основополагающей информации о биологическом устройстве человека: какие гены и какие клетки содержаться в нашем теле, каким именно образом они работают и взаимодействуют в ходе своей жизнедеятельности. Но в то же время в обоих проектах были и очень важные отличительные черты. Проект «Карты генома человека» был начат под единым руководством и осуществлялся в рамках небольшого количества определенных лабораторий.
Второй же проект «Карты человеческих клеток» изначально имел более рассредоточенную по всему Земному шару структуру с привлечением огромного количества специалистов из разных уголков мира. Подобная демократизация в научных исследованиях ориентирована на то, чтобы дать больше возможностей для разнообразных экспериментов и научных изысканий. По словам авторов проекта, он изначально задумывался, как общественный проект с целью обеспечения научного прогресса, продвижения новых разработок и инноваций, заложив основы для развития различных направлений в медицине.
По словам профессора Даны Пеэр, важным достоинством текущего проекта является привлечение к участию научно-исследовательских лабораторий в странах Африканского континента и Южной Америки, так как это позволило сделать более широкий охват генофонда человеческой нации в плане биологического разнообразия. Прежний проект был сконцентрирован лишь на изучении генома в основном белых европейцев.
Вторым важным нюансом работы по децентрализованной схеме работы являлось то, что при создании карты клеток определенного органа в проект широко привлекались учёные со специализацией в этом направлении: например, составлении карты легких непосредственное участие принимают специалисты по легким.
Если первый проект по составлению карты генома человека финансировался централизованно из государственного бюджета, то проект «Карта человеческих клеток», будучи крупным международным проектом, также должен иметь свои источники финансирования. До окончания 1-го этапа проекта его финансирование будет вестись за счёт вышеописанных благотворительных организаций и учреждений.
По словам профессора Регев, главной сложностью в составлении карты является колоссальное количество клеток в теле человека. В среднем оно оценивается в значение равное 37 трлн. клеток для взрослого человека. Для того, чтобы полученные данные носили полный характер, учёным необходимо собрать и обработать как можно большее количество образцов из всех видов тканей и органов организма.
На сегодняшний день до сих пор неизвестно какое количество типов клеток содержит наш организм. Например, при составлении «Карты генома человека» вначале учёные оценивали количество генов в ДНК человека в сотни тысяч, а после завершения всей работы выяснилось, что их реальное количество измеряется всего лишь десятками тысяч. И несмотря на то, что времени с того момента прошло уже немало, споры по поводу точного значения количества генов не утихают до сих пор…
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
♦♦♦
БЛАГОДАРИМ ВАС, ЧТО ДОЧИТАЛИ НАШУ СТАТЬЮ ДО КОНЦА. Возможно Вам будет интересно подписаться на нашу еженедельную рассылку "Рецепты здоровья мировой медицины". В этом случае Вы всегда будете в курсе самых современных технологий мировой медицины по лечению, диагностике и профилактики в области гинекологии и акушерства, гастроэнтерологии, дерматологии, кардиологии, хирургии, пластической хирургии, стоматологии, офтальмологии, ортопедии и онкологии, а также здорового образа жизни. Кроме этого, все подписчики нашей рассылки имеют право на получение льгот при лечении и диагностике в Израиле. С перечнем льгот, Вы можете ознакомиться по этой ссылке.
