Биомаркеры в человеческих слезах и другие новости недели

Диагностика болезни Альцгеймера за 17 лет до симптомов, восстановление бета-клеток в поджелудочной железе больных диабетом, тайна молодости яйцеклеток, блокчейн на защите геномов коренных народов и многое другое в обзоре за 18–24 июля.

Художник:
Наталья Дюкова

Диагностические системы и биомаркеры

1. Новая система для выделения и анализа экзосом позволит диагностировать некоторые заболевания по составу слез. Ученые из Китая разработали платформу iTEARS (Incorporated Tear Exosomes Analysis via Rapid-isolation System), которая выделяет экзосомы из очень небольших – порядка 10 мкл – объемов, и проанализировали пробы слез пациентов с различными формами синдрома сухого глаза и диабетической ретинопатией. Раствор, содержащий образец, фильтруют через нанопоровую мембрану под переменным давлением, дополнительные метки или антитела, необходимые для получения экзосом другими методами, в этом случае не нужны. Авторы идентифицировали 904 белка, 426 из которых оказались связаны с синдромом сухого глаза, а 228 были обнаружены впервые. Синдром сухого глаза может быть вызван как повышенным испарением влаги с поверхности роговицы, так и ее недостаточным увлажнением, и, как оказалось, для классификации различных форм синдрома достаточно оценки уровней всего трех белков — CALML5, KRT6A и S100P. Помимо протеома авторы исследовали экзосомные микроРНК из слез добровольцев в контрольной группе, пациентов с диабетом и диабетической ретинопатией. Ряд молекул, уровень которых был изменен в пробах пациентов с диабетом, участвует в регуляции энергетического обмена, секреции и формировании устойчивости к инсулину, причем содержание некоторых из них коррелировало с тяжестью заболевания.

2. Прогноз для пациентов с метастазирующим раком простаты, как правило, неблагоприятный, а выбор терапии крайне сложен из-за индивидуальных особенностей опухолей и быстрого возникновения резистентности. От биопсии опухолевой ткани часто приходится отказываться из-за инвазивности и риска развития осложнений. Альтернативу этому методу предложили ученые из Ванкувера: они выполнили полногеномное секвенирование циркулирующих опухолевых ДНК (circulating tumor DNA, ctDNA) из образцов крови пациентов с метастазирующим раком простаты. Эволюционный анализ мутаций в ctDNA в ходе лечения поможет отслеживать возникновение резистентности и корректировать курс: оказалось, что на фоне терапии сильнее всего изменяется ген рецептора андрогена, в то время как остальные гены опухолей остаются достаточно стабильными. Многие терапевтические подходы для рака простаты направлены на ингибирование этого рецептора, и авторы подчеркивают необходимость их совершенствования и поиска других решений. Разработанный ими подход может быть использован и для исследования других типов опухолей.

3. Болезнь Альцгеймера может развиваться в течение 15–20 лет, причем первые симптомы проявляются на поздних стадиях, когда патологические процессы в мозге становятся необратимыми. Поэтому многие потенциальные лекарства оказываются неэффективными на этапе клинических испытаний, и необходимо развивать методы ранней диагностики, чтобы начинать лечение как можно раньше. Ученые из Германии показали, что ранние признаки болезни можно найти, оценивая уровни содержания неправильно свернутого бета-амилоида и некоторых других белков в крови. Они проанализировали образцы плазмы крови 68 пациентов с болезнью Альцгеймера и 240 контрольных испытуемых из проекта ESTHER по поиску биомаркеров хронических заболеваний у пожилых пациентов в Университете Саара, собранные и замороженные в 2000–2002 годах. Оказалось, что даже за 17 лет до проявления первых симптомов в плазме крови пациентов можно зарегистрировать повышенные уровни неправильно свернутого бета-амилоида при помощи иммуно-инфракрасного сенсора. Еще один белок, уровень которого коррелировал с повышенным риском развития болезни Альцгеймера, — GFAP (глиальный фибриллярный кислый белок), однако его одного недостаточно для диагностики. Авторы создали стартап betaSENSE, чтобы разрабатывать упрощенную систему раннего скрининга на признаки болезни Альцгеймера на основе мисфолдинга бета-амилоида.

Онкотерапия

4. Медуллобластома — один из самых распространенных типов злокачественных опухолей головного мозга у детей с довольно высокой (около 30%) долей рецидивов в течение пяти лет после первичного лечения. Эти опухоли недостаточно изучены, и современных таргетных препаратов для пациентов с рецидивами практически не существует. Многие препараты таргетируются на рецептор SMO, ассоциированный с сигнальным путем Hedgehog, но ученые из Медицинского университета Южной Каролины установили, что эффективность терапии можно повысить при таргетировании на белок GLI, участвующий в активации этого метаболического пути. Они выявили популяцию SOX2+ (sex determining region Y, box 2) клеток, которые вносят наибольший вклад в устойчивость опухоли и обеспечивают ее повторный рост, и показали, что традиционные методы лечения, направленные на ингибирование SMO, затрагивают эту популяцию в меньшей степени и способствуют обогащению опухоли клетками, устойчивыми к терапии. Однако ингибирование пути Hedgehog на уровне GLI позволяло, наоборот, снизить их численность у мышей с медуллобластомами, что может в дальнейшем улучшить прогноз для пациентов с рецидивом. «Я бы сказала, что в 95% случаев исследование остается в комнате с мышами, — комментирует главный автор работы Джезабель Бланко. — Вы публикуете данные, и они не попадают в клиническую практику несмотря на то, что данные хорошие. Я мечтаю иметь возможность перенести свои исследования в клинику».

5. Ингибирование контрольных точек иммунного ответа — важное направление онкотерапии, но для большинства пациентов с раком легких ее эффективность достаточно низкая, поэтому ведется разработка комбинированных терапевтических подходов. Так, достаточно высокую эффективность показали ингибиторы мутантной формы гена KRASG12C, однако у многих пациентов к ним быстро развивается резистентность. Как сообщает статья в Science Advances, совмещение этих двух подходов достаточно эффективно при терапии рака легких на мышиной модели, но только в том случае, если опухоли изначально характеризуются высоким уровнем содержания иммунных клеток (immune hot tumours). Авторы статьи также убедились, что мутация KRASG12C способствует ослаблению сигналов, стимулирующих противоопухолевый иммунный ответ, и влияет на синтез молекул, создающих благоприятное микроокружение для роста опухоли. Ген KRAS относится к семейству малых ГТФаз RAS, которые ассоциированы с 20% опухолей различного генеза, поэтому изучение механизма его действия и потенциальных ингибиторов важно для терапии многих видов рака.

Клеточная терапия

6. Сайтспецифическая рекомбинация широко применяется при разработке подходов клеточной терапии: зачастую бывает важно оценить скорость редактирования генома, чтобы эффект от лечения был максимален при минимальных побочных реакциях. В новой работе, опубликованной в Nature Communications, группа инженеров предложила метод предсказания и модификации скорости редактирования геномов, основанный на подходах машинного обучения. Варьируя величину сайтов рекомбинации, они получили библиотеку ДНК, характеризующихся различными скоростями реакции, оцениваемыми при помощи ПЦР в реальном времени. Затем на полученном массиве данных авторы обучили модель с высокой точностью предсказывать скорость рекомбинации в зависимости от нуклеотидной последовательности. По их мнению, это позволит сделать клеточную терапию более индивидуализированной и лучше контролировать ход лечения.

7. Ученым впервые удалось восстановить функцию синтеза инсулина у клеток поджелудочной железы при помощи препарата, одобренного FDA — ингибитора гистоновой метилтрансферазы GSK126. Его применение повлияло на метилирование гистонового белка H3 и восстановило уровень экспрессии ключевых генов в -бета-клетках, выделенных из поджелудочной железы умершей 13-летней девочки с диабетом 1 типа. При этой форме диабета бета-клетки, синтезирующие инсулин, уничтожаются и замещаются клетками соединительной ткани, и считалось, что повернуть вспять этот процесс невозможно. Однако авторы показали, что сохраняющиеся в поджелудочной железе предшественники бета-клеток у пациентов с диабетом 1 типа все еще могут дифференцироваться в функциональные бета-клетки и восстанавливать способность синтезировать инсулин. Этот прорыв может стать поворотным моментом в терапии диабета 1 типа при помощи эпигенетических модификаций.

Вечная молодость ооцитов

8. Ооциты человека закладываются еще на стадии эмбрионального развития, но при этом до 50 лет сохраняют метаболическую активность и способность дать начало новому организму. Такая стабильность требует специфических механизмов защиты от повреждающих факторов, например, активных форм кислорода (АФК), генерируемых комплексами электрон-транспортной цепи митохондрий (ЭТЦ). Ученые из Испании показали, что ооциты человека сохраняются благодаря ингибированию синтеза комплекса I ЭТЦ — одного из ключевых источников АФК в клетке. (Подробнее на PCR.NEWS). Для выделения ооцитов человека авторы использовали свой протокол, позволяющий делать это более эффективно, а полученные данные сравнили с данными для модельного организма — шпорцевой лягушки Xenopus. В митохондриях ооцитов практически полностью отсутствовал комплекс I, причем флуоресцентные сенсоры показали снижение уровня синтеза АФК. Авторы оценили скорость митохондриального дыхания в ооцитах ксенопуса и показали, что митохондрии все же сохраняют функциональную активность, пусть и на низком уровне. «В качестве долгосрочного поддержания стабильности эта стратегия похожа на перевод аккумулятора в режим ожидания. Это совершенно новая парадигма, ранее не встречавшаяся в клетках животных», — комментирует Аида Родригес, первый автор исследования.

Новые лекарства

9. Основная функция макрофагов в организме — уничтожение умирающих клеток и патогенов посредством фагоцитоза. Некоторые бактерии, такие как сальмонелла, выработали ряд механизмов защиты от фагоцитоза и способны заражать макрофаги, вызывая тяжелые инфекционные заболевания. Митохондрии могут влиять на эффективность фагоцитоза, взаимодействуя с фаголизосомами, и ученые из Германии описали механизм этого взаимодействия. Оказалось, что в ответ на бактериальные стимулы активируется транскрипционный фактор EB (TFEB), который стимулирует транскрипцию генов, кодирующих аконитат-декарбоксилазу (Acod1, Irg1). Ее продукт итаконат, синтезирующийся в матриксе митохондрий, обладает противомикробной активностью. Авторы также показали, что сальмонелла при попадании в клетку препятствует активации TFEB, из-за чего итаконат не синтезируется и заражение проходит успешно Однако фармакологическая активация TFEB в зараженных клетках, как и добавление итаконата в среду, замедляли рост бактерий и препятствовали развитию инфекции. Этот способ борьбы с инфекцией выглядит перспективным, особенно с учетом распространения лекарственно-устойчивых патогенов.

10. Новый анальгезирующий препарат может иметь меньше побочных эффектов, чем другие сильные обезболивающие. Многие анальгетики являются лигандами аденозиновых рецепторов A1R, принадлежащими к семейству рецепторов, связанных с G-белком. Их недостаток в том, что они запускают ряд каскадов, которые вызывают побочные эффекты. Описанный в статье препарат — бензилокси-циклопентиладенозин (BnOCPA) — высокоселективен по отношению к A1R и является агонистом альфа-субъединицы G-белка, что значительно снижает круг побочных действий. В модели хронической нейропатической боли in vivo авторы исследования показали, что BnOCPA оказывает мощное анальгезирующее действие без седации, нарушения двигательных функций и подавления сердечного дыхания. Эффективные обезболивающие препараты, не вызывающие привыкания, чрезвычайно важны для пациентов с хроническими болевыми синдромами, и BnOCPA может оказаться одним из них.

Память и деменция

11. Ученые из Университета Юты предложили протокол использования робопитомцев для помощи пациентам с деменцией. Настоящие животные могут вести себя непредсказуемо и не выдерживать длительных терапевтических сессий. Поэтому их решили заменить подвижными пушистыми роботами, которых можно брать на руки. Пациенты могли выбрать между кошкой и собакой, в течение сессии они почесывали робота за ушами, гладили, иногда даже разговаривали с ним, параллельно отвечая на вопросы исследователя о том, были ли у них животные в детстве и что они испытывают в данный момент. Рекреационная терапия в контролируемых условиях очень важна для пациентов с деменцией — из-за повышенной тревожности малейшее непредсказуемое изменение среды может ухудшить их состояние, и робопитомцы оказались отличной альтернативой настоящим собакам и кошкам. Так, одного из пациентов раздражало урчание, издаваемое робокошкой, и исследователи отключили звук, после чего сессия продолжилась. В целом, пациенты оценивали опыт взаимодействия с робопитомцами положительно, а оптимальное время сессии составило 30 минут.

12. За то, приобретут воспоминания положительную или отрицательную эмоциональную окраску, отвечает пептид из 16 аминокислот –—нейротензин. В 2016 году группа исследователей под руководством нейрофизиолога Кей Тай (Институт Солка, Институт Говарда Хьюза, США) выявила две группы нейронов, активировавшихся у мышей при формировании хороших и плохих воспоминаний, но механизм их активации оставался неизвестен. В своем новом исследовании они выяснили, что высвобождение нейротензина приводит к активации нейронов, отвечающих за положительную окраску воспоминаний. При генетическом блокировании синтеза нейротензина мыши не могли выстраивать связь между звуком и положительным стимулом, но сохраняли способность формировать воспоминания с негативной окраской. Оказалось, что нейроны негативной окраски воспоминаний активны все время, их ингибирует только активация нейронов позитивных воспоминаний, вызванная нейротензином. Авторы предполагают, что этот механизм позволяет лучше распознавать опасность. Повышение уровней нейротензина, напротив, приводило к большей эффективности обучения с положительным подкреплением и снижению активности «негативных» нейронов. В дальнейшем авторы планируют оценить возможность использования нейротензина для лечения тревожности или ПТСР.

Медицина, генетика и расовая дискриминация

13. По статистике темнокожие женщины чаще страдают от психических заболеваний, чем женщины европейского происхождения, и ученые из США показали, что одна из возможных причин — расовая дискриминация. В исследовании приняли участие 79 темнокожих женщин: они прошли МРТ-сканирование головного мозга и полное клиническое обследование на ряд заболеваний. Выяснилось, что у женщин, сталкивавшихся с более высокими уровнями расовой дискриминации, нарушалась ультраструктура головного мозга. По данным МРТ, у них снижалась фракционная анизотропия — величина, оценивающая упорядоченность белого вещества — в мозолистом теле и передней поясной извилине: структурах, отвечающих, помимо прочего, за ряд когнитивных функций и эмоциональных ответов. Подобные нарушения могут приводить к психическим расстройствам. Это первая работа, выстраивающая связь между расовой дискриминацией и риском психических заболеваний.

14. Недобросовестное использование данных о геномах представителей коренных народов в научных исследованиях укрепляет стереотипы и усиливает дискриминацию. Существующие системы использования генетической информации зачастую не учитывают интересы пациентов, ученые могут использовать данные без их добровольного информирования согласия, поэтому авторы комментария, опубликованного в Cell, предлагают использовать блокчейн-алгоритмы для защиты данных о геномах. Блокчейн представляет собой реестр, содержащий записи о всех транзакциях, зашифрованные при помощи хэш-функций. Технология блокчейна позволит владельцам геномных данных отслеживать все манипуляции с их информацией и сделает процесс исследований более прозрачным. Однако авторы отмечают, что идею нужно доработать в части, касающейся защиты интересов не только индивидов, но и сообществ коренных народов, в том, что касается коллективного принятия решения об одобрении использования их данных.

Известность технологии блокчейна обусловлена прежде всего повышенным интересом к криптовалютным операциям, в отслеживании которых она используется. Ученые уже предлагали использовать алгоритмы, связанные с криптовалютой, для защиты данных пациентов (см. наш обзор за февраль 2022 года, новость о NFT-токенизации для получения прибыли от медицинской информации пациентов).

Добавить в избранное

Вам будет интересно