CReATiNG: новый подход к получению синтетических хромосом

Первый реципиент генетически модифицированной почки свиньи умер почти через два месяца после операции, сообщили в субботу его семья и Массачусетская больница общего профиля. Операцию сделали 16 марта 2024 года. Свиную почку для трансплантации предоставила компания eGenesis.

Ричарду Слейману из Уэймута, штат Массачусетс, было 62 года, и он стал первым живым человеком, которому выполнили такую операцию. (Ранее ее сделали двум людям с умершим мозгом.) Хирурги выражали надежду, что свиная почка прослужит как минимум два года, отмечает Associated Press. В апреле сообщалось о признаках клеточного отторжения в пересаженном органе, которые перед выпиской удалось купировать.

Трансплантологи Массачусетской больницы общего профиля заявили, что глубоко опечалены кончиной Слеймана. Они отметили, что нет никаких указаний на связь смерти с трансплантацией.

В 2022 году скончался первый человек, которому трансплантировали сердце ГМ свиньи. Второй такой пациент умер в 2023 году через шесть недель после операции.

Классическая разработка лекарств происходит по модели «одна болезнь — одна мишень — один препарат». Однако многие заболевания не имеют единой молекулярной причины, и вмешиваться в их развитие можно на различных уровнях. Один из потенциальных подходов к таким болезням — это полифармакология (использование соединений, влияющих на несколько мишеней одновременно), однако полифармакологические препараты сложно разрабатывать. Авторы статьи в Nature Communications применили для их дизайна искусственный интеллект.

Ученые разработали подход, основанный на генеративном обучении с подкреплением. Платформу назвали POLYGON; она генерирует новые молекулярные структуры и отбирает среди них оптимальные на основании их способности ингибировать оба заданных белка-мишени, а также простоты синтеза. Используя данные о связывании более 100 тысяч соединений, POLYGON распознала полифармакологические взаимодействия с точностью 82,5%. Убедившись в такой способности платформы, авторы работы разработали с ее помощью соединения, нацеленные на 10 пар белков, для которых уже подтверждены взаимодействия в клетке. Они провели анализ докинга и выяснили, что наиболее перспективные соединения связывают каждую из мишеней подобно тому, как это делают препараты, нацеленные на единственный белок.

Для валидации подхода из предложенных соединений исследователи отобрали 32 кандидата, нацеленные на MEK1 и mTOR, синтезировали эти соединения и протестировали их на клеточной модели. Оказалось, что большинство разработанных молекул в концентрации 10 мкМ снижали активность каждого из белков более чем на 50%; их концентрация полумаксимального ингибирования (IC50) лежала в диапазоне 1–10 мкМ. Уровень ингибирования киназ сильно коррелировал с жизнеспособностью клеток, которая также снижалась более чем на 50% при использованных концентрациях. Синтезированные соединения работали с достаточно высокой специфичностью — за исключением одного случая, они снижали активность других киназ не более чем на 20%. Полученные результаты подтверждают потенциал применения генеративных моделей в полифармакологии.

Золотой стандарт выявления рака — гистологическое исследование с окраской ткани гематоксилином и эозином. Однако получение таких гистологических срезов инвазивно и времязатратно. Авторы статьи в Science Advances воспользовались машинным обучением и оптической когерентной томографией, чтобы моделировать гистологические изображения кожи пациентов.

Исследователи разработали метод, основанный на оптической когерентной томографии (ОКТ). Трехмерную реконструкцию клеток, содержащихся в коже, создают с помощью проникающего в ткань лазерного излучения. На основе этой реконструкции можно с микронной точностью создавать изображения срезов, имитирующие те, что получаются при стандартной биопсии. Чтобы получать такие изображения, авторы работы обучили нейронную сеть на парах изображений — они сопоставляли снимки гистологических препаратов здоровой кожи с 3D-реконструкциями, полученными методом ОКТ. Метод позволил сопоставлять ОКТ-реконструкции тканей кожи и гистологические срезы с точностью до 25 мкм, он показал высокую результативность более чем на 60% образцов. В частности, ученые валидировали методику на 40 парах виртуальных изображений и гистологических препаратов кожи. Выявление волосяных фолликулов в этих препаратах удалось провести с чувствительностью 85% и специфичностью 100%. Исследователи отмечают, что дальнейшее увеличение обучающего набора позволит повысить эффективность работы нейросети.

Авторы считают, что полученные виртуальные срезы смогут улучшить диагностику в клинической практике без дополнительного проведения биопсии.

Срок жизни ядерной ДНК нейронов может быть таким же, как у организма в целом, а РНК, как правило, недолговечны, однако из всякого правила есть исключение. Авторы новой статьи в Science обнаружили, что долгоживущие РНК (LL-RNA) в клетках мозга мыши сохраняются и остаются функциональными более двух лет, то есть практически всю жизнь животного.

Исследователи метили РНК мышат 5-этинилуридином, что позволяло отслеживать конкретные молекулы длительное время. «К нашему удивлению, уже первые изображения показали присутствие долгоживущих РНК в различных типах клеток мозга. Нам пришлось дополнительно проанализировать данные, чтобы идентифицировать те, которые находятся в нервных клетках», — рассказывает один из руководителей работы Мартин Хетцер.

Долгоживущие РНК представляли собой смесь мРНК и некодирующих РНК, колокализованных в области гетерохроматина. За два с половиной года жизни мышей их концентрации снизились, но даже к концу этого срока они не исчезли. Исследователи получили in vitro модель мозга из стволовых клеток — предшественников нейронов и ингибировали в них экспрессию долгоживущих РНК, чтобы определить их функцию. ДНК в модифицированных клетках стала нестабильной, нарушилась архитектура гетерохроматина. Долгоживущие РНК, вероятно, вместе с неопознанными белками образуют стабильную структуру, которая каким-то образом взаимодействует с гетерохроматином, и этот процесс может быть необходим для обеспечения рекордной продолжительности жизни нервных клеток.

Гидрогели находят широкое применение в биомедицине — от доставки терапевтических агентов до матриц для регенерации тканей. Тем не менее, быстрое и прочное прикрепление гидрогелевых конструкций друг к другу остается нерешенной задачей. Один из способов склеивания предложили авторы статьи в PNAS — они использовали тонкие хитозановые пленки.

Существующие подходы к адгезии гидрогелей основаны на диффузии склеивающих агентов в жидкости и образовании ковалентных связей, и это требует длительного времени. Напротив, «сухая» адгезия основана на быстром поглощении жидкостей на границе гидрогель—гидрогель и работает практически мгновенно. Для создания адгезии между двумя альгинат-полиакриламидными гелями ученые применили сухие пленки хитозана. Эти пленки обеспечивали быстрое (менее чем за секунду) и прочное скрепление гидрогелей за счет нековалентных взаимодействий.

Исследователи также продемонстрировали несколько возможных применений такого склеивания гидрогелей. Они показали, что гидрогели можно закреплять на поверхностях при помощи хитозана — например, использовать их в качестве самоклеящихся повязок на поврежденный палец. Также гидрогели, поверхность которых покрыта тонкими хитозановыми пленками, авторы обернули вокруг разных органов и тканей, не приклеивая гидрогель к самой ткани. Таким способом они закрепили гидрогели на кишечнике, сухожилиях и периферических нервах. Как пояснил доктор Бенджамин Фридман, первый автор статьи, это может пригодиться для того, чтобы «изолировать ткани друг от друга во время операций, поскольку в противном случае могут образовываться фиброзные спайки».