Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 18–24 марта

Исследования в биологии и биомедицине не сбавляют обороты и лишь от месяца к месяцу обозначают крен в одну или другую сторону. И если в прошлых выпусках крен был в сторону молекулярной диагностики, изучения кишечного микробиома, вакцин или CRISPR, то на этот раз в центре внимания оказались педиатрия, онкология, иммунитет и, конечно, инфекции. Есть и неудачи. Они — неотъемлемый компонент поиска и разработки лекарств, да и науки в целом.

Художник:
Саша Кук

Разработка лекарств

  1. Консорциум, включающий американский Biogen и японскую компанию Eisai, объявил об остановке третьей фазы клинических испытаний моноклонального антитела адуканумаб, специфичного к амилоидным фибриллам, — одному из основных, если не основному фактору патогенеза болезни Альцгеймера. Испытания не выявили значимого клинического эффекта от применения данного препарата. Акции Biogen упали на 18 млрд. долларов. Biogen наряду с Genentech и Amgen является одним из немногих пионеров медицинской биотехнологии, доживших до наших дней. Случившееся лишний раз напоминает о высокой степени сложности и риска, сопровождающих создание инновационных лекарств.

Молекулярная педиатрия

  1. Несмотря на сложность изучения и терапии патологий мозга, исследователям, вероятно, удалось пролить свет на развитие аутизма и шизофрении, связываемых с активацией иммунной системы матери во время беременности. Было продемонстрировано, что ингибирование незадолго до родов растворимой эпоксидгидролазы у беременных мышей, подвергшихся экспериментальной инфекции, блокировало развитие когнитивных дефектов у новорожденных животных. Повышенную активность растворимой эпоксидгидролазы связывают с развитием воспаления и нарушением баланса сигнальных оксилипинов в мозге человека. Ингибиторы этого фермента рассматриваются как перспективные препараты для предотвращения когнитивных нарушений, вызванных синдромом гиперактивации иммунной системы матери под действием инфекционных и других агентов.
  2. В PNAS опубликована ещё одна работа, касающаяся здоровья новорожденных. Исследователи выявили одну из причин синдрома внезапной смерти младенцев от сердечной недостаточности. Полногеномное секвенирование образцов, полученных при аутопсии погибших, показало присутствие ранее неизвестной мутации в неонатальном аналоге гена, кодирующего тропонин I. Этот ген экспрессируется у младенцев вплоть до 24 месяцев с момента рождения. Исследователи получили индуцированные стволовые клетки, продуцирующие мутантный (R37C) тропонин и показали, что при стимуляции нормальной частоты сердечных сокращений, ответ культуры клеток с мутантным тропонином ничем не отличается от ответа клеток дикого типа, в то время как при повышении частоты стимуляций выше 65 раз в минуту, мутантные клетки проявляли тенденцию к развитию аритмии и фибрилляции. Мутантный тропонин имеет пониженное сродство к ионам кальция, в силу чего, вероятно, мышечные волокна миокарда теряют способность к контролю частоты сердечных сокращений. Исследователи подчёркивают, что методика, разработанная на основе индуцированных стволовых клеток, пригодна для анализа изменений сократимости миокарда, вызванной различными факторами.
  3. Терапия онкологических заболеваний у детей может приводить к потере фертильности примерно в 30% случаев. Решением проблемы могла бы служить криопрезервация спермы и яйцеклеток, но их развитие у неполовозрелых детей невозможно. Обнадёживающие результаты исследований этой проблемы опубликованы в Science. У обезьян, не достигших половой зрелости, были извлечены фрагменты тестикул и имплантированы тем же животным при достижении возраста половой зрелости. Разработанная технология криопрезервации, отличавшаяся от ранее использованных протоколов, позволила сохранить жизнеспособность и функциональность имплантированных тканей и получить из них зрелые сперматозоиды, которые были успешно использованы для оплодотворения яйцеклеток. Созданная технология может позволить восстановить фертильность в случае её потери при химиотерапии опухолей у детей.

Инфекции

  1. Перейдём от клеточной терапии к генетической. В работе, опубликованной в Immunity, также использовали обезьян в качестве модели для создания терапии. В данном случае речь идёт о внедрении в организм животных, инфицированных вирусом SHIV, вирус-нейтрализующих антител. Использование безопасного вектора на основе AAV, позволило добиться устойчивого «функционального» излечения: у одного из животных вирус не детектировался на протяжении трёх лет наблюдений. В дальнейшем аналогичный результат был достигнут у ещё двух животных (всего исследовали 12 особей). К сожалению, у ряда животных развился иммунный ответ на противовирусные антитела. Это может являться препятствием для широкого применения данного подхода, однако развитие технологий деиммунизации может помочь решить проблему.
  2. Инфекцию, в том числе и вирусную, проще предотвратить, нежели вылечить. Для многих вирусов, а для флавивирусов — в первую очередь, борьба с распространением инфекции неразрывно связана с пониманием «экологии» вируса: путей, которым патоген следует на протяжении жизненного цикла. Важным его компонентом является обратная передача вируса от заражённых к вектору (комарам). Исследование, опубликованное в Nature Communications, описывает цикл трансмиссии вируса Зика от комаров Aedes к мышам и обратную передачу вируса личинкам и куколкам самок комаров через воду, контаминированную выделившимися с мочой вирионами. Заболевшие люди могут выделять вирус с мочой длительное время, создавая, таким образом, условия для замыкания жизненного цикла патогена.
  3. Комары — известные переносчики инфекций, из которых наиболее значимой является малярия. Одним из важных компонентов борьбы с распространением комаров по-прежнему являются инсектициды. В последние десятилетия — благодаря использованию пиретроидов, природных и синтетических алкалоидов далматской ромашки, обладающих высокой и селективной токсичностью по отношению к насекомым. Исследования консорциума британских и африканских учёных выявилираспространение устойчивости к пиретроидам комаров рода Anopheles. Устойчивость развивается благодаря способности варианта цитохрома P450 метаболизировать инсектицид. Аллель-специфический тест на обнаруженный вариант цитохрома позволил проследить за распространением комаров, несущих данную аллель. Удалось выяснить, что мутация возникла в Южной Африке и начала распространяться по континенту. Мутантные комары значительно лучше противостоят обработке антикомариных сетей перметрином и дельтаметрином, чем насекомые, не имеющие нового варианта цитохрома, а ингибиторы активности P450 повышают токсичность пиретроидов для мутантных комаров. Исследователи говорят о необходимости анализа всех представителей рода Anopheles в Африке на наличие вариантов цитохромов, обуславливающих устойчивость к инсектицидам.
  4. Взаимодействие в системе паразит/хозяин — одна из неувядающих тем исследований инфекционных агентов. Одним из важных аспектов такого взаимодействия является наличие у патогенов «суперантигенов» — молекул, вызывающих гиперактивацию иммунной системы, которая, вместо защиты, приводит к повышению уязвимости организма к патогену. В роли мишеней для суперантигенов выступают, как правило, молекулы, обеспечивающие стимуляцию иммунной системы. Исследователи давно подозревали стафилококковый токсин в воздействии на систему CD40 — один из важнейших стимуляторов иммунного ответа. Однако прямое свидетельство этого воздействия получено только сейчас. В исследовании, опубликованном в MBio, показано, что не только стафилококки, но и стрептококки используют активацию CD40 для создания брешей в барьере, который слизистые оболочки выстраивают против проникновения патогенов. Нокаут рецептора CD40 эффективно блокировал распространение инфекции, вызванной этими микроорганизмами. Поскольку «незаконное» воздействие на иммуностимуляторные рецепторы часто вызывает токсический шок, авторы работы полагают, что ингибиторы, блокирующие действие суперантигенов, будут обладать как противоинфекционным, так и прямым антитоксическим действием.

Иммунная система и воспаление

  1. Цитокины, выброс которых обуславливается воздействием на CD40 и другие подобные рецепторы, являются предметом постоянного внимания исследователей. Интерлейкин-37 вовлечён в регуляцию воспаления и врождённого иммунитета. В отличие от многих других известных цитокинов, IL-37 является негативным регулятором врождённого иммунного ответа. Исследователи показали, что димеризация этого цитокина необходима не для активации, а, наоборот, для супрессии активности. Мутантный цитокин, неспособный эффективно формировать димер, приводит к еще более сильному подавлению воспалительного ответа. Авторы пришли к выводу о том, что мономер IL-37 является супрессором воспалительной реакции, развивающейся под действием врождённого иммунитета.
  2. Воспалительный ответ является причиной ухудшения прогноза при инсульте. Один из виновников этого назван в работе, опубликованной китайскими исследователями. Т-лимфоциты, не несущие маркеров ни хелперов, ни киллеров, известны как двойные негативные Т-клетки (CD3+CD4−CD8−). Несмотря на то, что эти лимфоциты являются важным компонентом иммунного гомеостаза, при инсульте они инфильтрируют в поражённые ткани и значительно усиливают повреждения, вызванные воспалительными процессами. Действие этих клеток происходит по линии сигнального пути FasL/PTPN2/TNF-α. Блокировка этих сигналов приводит, по данным исследователей, к улучшению прогноза при инсультах.
  3. О другом цитокине, интерфероне-лямбда, рассказывается в работе, опубликованной в Nature Immunology. Этот цитокин оказался регулятором адаптивной ветви иммунного ответа. Но не всех типов без исключения, а только тех, которые связаны с антигенами, проникающими через слизистые оболочки. Мыши с отключённым IFN-λ не способны эффективно подавлять вирусную инфекцию верхних дыхательных путей. И, наоборот, выброс цитокина активировал белок TSLP, что сопровождалось миграцией дендритных клеток к очагу заражения, активацией антигензависимых центров созревания лимфоцитов в регионарных лимфоузлах и повышением выживаемости при респираторной вирусной инфекции. Кроме того, IFN-λ оказался усилителем продукции антител IgA и IgG1 при интраназальной иммунизации, в то время как при подкожной или внутрибрюшинной вакцинации, продукция IFN-λ не влияла на эффективность развивающегося иммунитета. Цитокин является критичным для эффективного развития адаптивного иммунного ответа, инициированного исключительно на слизистых оболочках, заключили авторы работы.

Диагностика

  1. Прогрессирующая гибель клеток мозга, но не мгновенная, как при инсульте, а растянутая во времени, наблюдается при болезни Паркинсона. Ранняя диагностика заболевания не разработана. Проблему попытались решить британские исследователи, случайно обнаружившие субъекта, обоняние которого отличало пациентов с болезнью Паркинсона от здоровых людей. Удачно найденная способность позволила разработать детектор запаха кожного жира, который дифференцировал здоровых и больных людей. Создание системы детекции также позволило идентифицировать индивидуальные компоненты запаха, присущего только страдающим заболеванием Паркинсона пациентам.
  2. Другой интересный способ диагностики «по запаху» разработан для диагностики активности дипептидилпептидазы-4. Ингибиторы DPP4 используются для терапии диабета II типа, и неинвазивный метод анализа весьма востребован для мониторинга пациентов, проявляющих устойчивость к действию ингибитора. Исследователи сконструировали пептидный субстрат протеазы на основе изотопа углерода 13С. Действие DPP4 сопровождается выбросом углекислоты, которая, в случае присутствия редкого изотопа, может быть детектирована масс-спектрометрически. Эксперименты с линией клеток, продуцирующей DPP4, показали эффективность разработанного метода детекции. Диагностика может найти широкое применение при диабете и заболеваниях желудочно-кишечного тракта. (Подробнее — на PCR.news)
  3. «Жидкая биопсия», иначе говоря, детекция циркулирующих клеток и/или ДНК злокачественной опухоли в крови, постепенно становится диагностическим стандартом в онкологии. Исследование, спонсированное компанией Illumina, ставило своей задачей сравнить профиль мутаций, обнаруживаемых в циркулирующей в крови ДНК и в клетках опухоли. Было показано, что присутствие мутаций определяется по образцам крови в 75% случаев. Кроме того, в ряде случаев, где тканевого материала не хватало для проведения секвенирования, анализ циркулирующей ДНК позволил детектировать опухолеспецифические мутации. Относительную неточность определения исследователи связывают с большим интервалом между взятием биопсии и образца крови. За это время опухоль может эволюционировать или измениться под действием терапии. Несмотря на обнаруженные неточности, значительный процент совпадений даёт основания считать метод «жидкой биопсии» перспективным инструментом анализа опухолей, особенно в случаях, когда взятие тканевой биопсии сопряжено с повышенной опасностью для пациента.
  4. Клеточные технологии начинают использоваться в интересах диагностики опухолей. Авторы работы в Nature Biotechnology сконструировали модифицированные макрофаги, которые, будучи введены пациенту, достигают локализации опухоли и, активируясь, передают биолюминесцентный сигнал, продуцируемый аргиназой-1. Высокочувствительная детекция позволяет находить опухоли размером всего 25–50 кубических миллиметров.

Онкология.

  1. От диагностики опухолей к терапии. Несмотря на развитие комбинаторной химии и скрининга препаратов на основе искусственных химических библиотек, природные соединения, обладающие противоопухолевым эффектом, не теряют актуальность. Более того, в связи с развитием аналитических методов, давно известные соединения получают «второе дыхание». Например, токсин из розового снежноягодника, известный на протяжении 30 лет, оказался эффективным противоопухолевым средством при некоторых новообразованиях глаз. Вещество, известное под кодовым наименованием FR900359, способно «замораживать» в неактивном состоянии Gq-белки, повышенная активность которых приводит к агрессивной меланоме глаза. Теперь задачей немецких исследователей является разработка системы доставки препарата в поражённые клетки.
  2. Действие многих противоопухолевых препаратов сводится, в конечном итоге, к индукции апоптоза в клетках-мишенях. Одним из принципиальных компонентов системы индукции апоптоза являются митохондрии. Помимо того, что эти органеллы производят энергию для жизнедеятельности клетки, они играют и ключевую прямую роль в индукции или блокировке программируемой клеточной смерти. Авторы исследования, опубликованного в Nature Communications, использовали математический анализ данных, полученных при обработке проапоптотическим препаратом опухолевых клеток, содержавших разное число митохондрий, и выдвинули гипотезу о том, что вариации в количестве антиапоптотических белков семейства Bax/Bak на внешней мембране митохондрий, могут оказывать значительное влияние на эффективность терапии.

Дискуссия

  1. «Прямое» применение математического аппарата в биологии может быть не всегда оправданным. В заключение — немного о дискуссионной теме, поднятой целым рядом исследователей в корреспонденции журнала Nature. и в специальном номере The American Statistician. Авторы призывают существенно модифицировать подход к статистической значимости получаемых данных и прекратить рассматривать значимость как принципиальный критерий для принятия или отбрасывания тех или иных данных. Вопрос, несомненно, сложный и дискуссионный, но он подчёркивает тот факт, что биология по-прежнему не является точной наукой, и использование жестких математических критериев в качестве некоего «стоп-сигнала» может приводить к некорректным выводам. В качестве примера можно рассмотреть клиническое испытание противоопухолевого препарата. Количественная разница между процентом ответа на контрольное («старое») и опытное («новое») лекарство может отсутствовать или быть «отрицательной», но детальные последующие исследования могут выявить эффективное воздействие нового препарата на разновидность исследуемой опухоли, отличие которой от исходного заболевания, на предыдущих этапах исследования было попросту не очевидно. Опора исключительно на статистические данные в этом случае привела бы к потере разработки и вместе с ней надежды для группы пациентов. Поднятая тема, несомненно, является лишь верхушкой «айсберга» спорных математических исследований в биологии.
Добавить в избранное

Вам будет интересно