 |
Инженерный подход к клеточному старению
|
|
|
|
Английский биоинформатик и биогеронтолог Обри ди Грей, автор «Стратегии достижения пренебрежимого старения инженерными методами» (SENS) и президент одноименного фонда, считает доскональные исследования старения напрасной тратой времени, так как биологическая природа все еще слишком сложна для нашего понимания. В то же время он призывает активно вмешиваться в природу человека для обращения старения вспять, используя методы, показавшие свою эффективность. Рациональное зерно этого подхода подтверждается рядом любопытных фактов из истории медицины. Например, Эдуард Дженнер, прививший оспу в 1796 году и спасший тысячи детских жизней, ничего не знал про устройство иммунитета. Технологии зачастую идут впереди глубокого осмысления их механизмов. По мнению ди Грея, стоит сосредоточиться на том, что мы уже знаем о причинах старения, и найти «инженерные подходы» к их устранению.
Несмотря на то, что не все согласны с выделяемыми Обри семью причинами старения, а предлагаемые «инженерные методы» пока больше похожи на научную фантастику, нельзя не согласиться с необходимостью каталогизации основных причин старения и создания технологий их устранения.
Рассмотрим причины старения по ди Грею и подходы SENS:
• Гибель клеток и атрофия клеток. Для их устранения предлагается вносить в организм стволовые клетки и факторы роста. На мой взгляд, это может привести к увеличению вероятности опухолеобразования, если только мы прежде не научимся с высокой степенью надежности управлять работой стволовых клеток, находящихся в организме.
• Ядерные [эпи] мутации, приводящие к раку. Для борьбы с опухолями ди Грей предлагает тотальное отключение теломеразы, достраивающей концы хромосом. Проблемы с регенерацией, которые наступят в связи с укорочением хромосом, он предлагает решать систематическим введением опять же стволовых клеток.
|
|
|
• Мутантные митохондрии. Митохондрии часто утрачивают важные фрагменты своей ДНК, что приводит к их неспособности образовывать требуемые белки. Поскольку генов в митохондриальной ДНК совсем немного, ди Грей считает необходимым перенести их в более безопасное место – в ядро клетки. Как будут добираться до митохондрий перемещенные белки, не уточняется. Хотя это, по сегодняшним меркам, вполне разрешимая проблема.
• Старение клеток. Сенесцентные (старые) клетки, как нежелательные, подлежат целенаправленному удалению. Напомню читателю, что в предыдущих разделах мы говорили о потенциальной пользе такого вмешательства.
• Сшивки внеклеточных белков. Поперечные сшивки белков стенок сосудов и соединительной ткани эластина и коллагена приводят к атеросклерозу, ограничению подвижности суставов. Ди Грей предлагает разрабатывать молекулы и ферменты, разрушающие такие сшивки. Неясно, правда, с какой стороны взяться за эту проблему. Но само направление выглядит перспективным.
• Внеклеточный мусор. Накопление агрегатов амилоида с возрастом является причиной нейродегенераций. SENS предполагает каким-то образом модифицировать иммунные клетки фагоциты и создавать вещества-разрушители бета-слоев. Отмечу, что в этом направлении достигнут определенный успех: на стадии клинических испытаний сейчас находится сразу несколько лекарственных средств, предназначенных для устранения амилоида из организма.
• Внутриклеточный мусор. Старческий пигмент липофусцин и окисленный холестерин способствуют деменции и сердечно-сосудистым проблемам. Обри ди Грей обращает внимание, что на кладбищах обитают микробы, способные разлагать человеческие останки, в том числе липофусцин. Он предлагает внедрять ферменты-гидролазы этих микробов в атеросклеротические бляшки и пораженные липофусцином клетки. Неясно, правда, что остановит эти гидролазы от разрушения других липидов клетки и клеточных мембран. Однако само направление поисков является верным: липофусцин необходимо научиться устранять.
|
|
|
Вызывает симпатию тот факт, что Обри ди Грею удалось привлечь к работе над этим масштабным проектом группы ученых из нескольких научных институтов США и других стран. Конференция SENS, которую каждые два года организует его Фонд в Кембриджском университете, позволяет геронтологам всего мира обмениваться последними результатами, идеями и гипотезами, что, безусловно, поддерживает темпы прогресса в биогеронтологии.
Нанотехнологии
Нанотехнологии, как считают, – это технологии, которые изменят наше будущее. Создаваемые устройства будут настолько малы, что они смогут на равных конкурировать со структурами и ферментами наших клеток, смогут адресно доставлять в них лекарства, измерять жизненно важные показатели, высвечивать микроопухоли и травмы, устранять в организме поломки, ведущие к нашему старению.
Уже сейчас отдельные нанотехнологии прорываются на рынок биомедицинских услуг. Прежде всего это различные наночастицы (липосомы, металлические частицы, фуллерены, полимерные мицеллы), внутрь или на поверхность которых размещают лекарственные препараты, требующие адресной доставки к пораженной ткани, либо адресной доставки сигнала для клинической диагностики.
Адресность достигается за счет присоединения к наночастице специальных антител, узнающих особенности ткани-мишени. На пути их применения пока стоят некоторые трудноразрешимые проблемы. Например, липосомы, попадая в организм, разрушаются нашими иммунными клетками.
Наночастицы из металла или нейлона нарушают микроциркуляцию в тканях (забивают капилляры), вызывают иммунный ответ или оказывают токсическое действие, повреждая структуры клеток. Как альтернатива искусственным наноносителям сейчас разрабатываются способы доставки через специальную обработку в качестве носителей собственных клеток пациента, например, клеток крови – эритроцитов и лейкоцитов. Эритроциты заканчивают свою жизнь в селезенке и печени, поэтому могут быть средством адресной доставки в эти органы. Лейкоциты проникают в очаг воспаления пораженных заболеванием тканей и могут нести лекарства туда.
|
|
|
В ближайшей перспективе нанотехнологии лягут в основу регенеративной наномедицины. Терапевтические вмешательства будут осуществляться при помощи сконструированных методами биоинженерии вирусов, бактерий с искусственной ДНК, несущей полезные свойства. Наноножницы из углеродных нанотрубок будут разрушать амилоид, липофусцин, атеросклеротическую бляшку или тромб.
Имплантируемые устройства с нанопорами с особым сенсорным покрытием позволят вести непрерывный мониторинг состояния нашего здоровья, сигнализируя о серьезных отклонениях от постоянства внутренней среды и сообщая место их возникновения.
В более отдаленной перспективе, когда будут разработаны и внедрены наномоторы, наносенсоры, наноманипуляторы, наноаккумуляторы и даже нанокомпьютеры, возможно будет конструировать нанороботов, которые станут выполнять задачи молекулярной диагностики и лечения непосредственно внутри тканей нашего организма и даже отдельных клеток тела.
Когда-нибудь реализация работы таких устройств будет напоминать кадры из фантастических фильмов: полученные травмы будут заживать как бы сами собой, без какого-либо влияния извне.
Обработка всех этих объемов диагностических данных и результатов мониторинга здоровья в реальном времени вскоре потребует суперкомпьютерных мощностей или даже появления искусственного интеллекта. Уже сейчас лечащий врач не поспевает за потоком новой медицинской информации, выходом новых научных статей, лекарств и технологий.
Суперкомпьютер, имеющий доступ ко всем клиническим случаям, терапевтическим показаниям к применению тех или иных средств лечения, научным публикациям, станет незаменимым помощником врача. Он будет оценивать и сообщать вероятность успеха тех или иных лечебных процедур, по результатам диагностики выявлять причины заболевания и отслеживать успешность лечения.
|
|
|
Заключение
Как ни банально это звучит, но жизнь – это все, что у нас по-настоящему есть. Ни богатства, ни знания в могиле нам не понадобятся. Поэтому как бы трудно порой ни было, жить – это хорошо. Стремление жить долго и освободить нашу жизнь от болезней старости – естественно и благородно. Если задуматься, многие достижения Человека разумного во все века были нацелены на последовательное устранение причин, сокращающих жизнь, – голода (собирательство, охота, животноводство и растениеводство), переохлаждения (одежда, огонь, жилище), травм, паразитов, инфекций (народное врачевание, классическая медицина). Со многими бедами мы уже успешно справились, и сегодня на повестку дня выходят новые вызовы – старениезависимые патологии. Современная медицина пытается бороться с болезнями, которые стали все чаще проявляться в связи с тем, что люди доживают до преклонного возраста, – сердечно-сосудистыми заболеваниями, раком. Успехи пока не впечатляющие, поскольку без устранения главного фактора риска – старения – мы можем добиться лишь переменного успеха. Клиническая и биогеронтология, клеточная, регенеративная и наномедицина, генная инженерия, фармакология, кибернетическое протезирование – наиболее перспективные направления медицинской науки, нацеленной на радикальное продление здорового периода жизни людей.
Приведенные в книге сведения о средствах замедления старения и продления жизни имеют научное обоснование и этим особенно ценны. На вооружении у читателя теперь есть такие ключевые элементы продления жизни, как сбалансированная диета и режим питания, режим сна и отдыха, регулярная физическая нагрузка, замедляющие старение вещества (рис 32). Вероятнее всего, будет недостаточно использовать что-либо одно из вышеперечисленного, то, что нам легче выполнять или больше нравится, игнорируя другие подходы. Без любого из компонентов здорового долголетия эффект будет меньше, поэтому на основе полученных из данной книги знаний надо вырабатывать привычку вести образ жизни, включающий весь комплекс сберегающих здоровье и омолаживающих мер.
Рис. 32. Медицина будущего сможет способствовать радикальному продлению жизни
На текущем этапе развития технологий контроля над старением от желающего жить дольше потребуется не только использовать то, что имеется на сегодня, но и отслеживать новинки, точно так же, как мы это делаем в сфере моды или электроники. А новинок будет много, ведь геропротекторы тестируются один за другим. СМИ постепенно включаются в тему контроля над старением, и раздел про медицинские разработки в СМИ нужно регулярно посещать. Однако здесь нас может поджидать опасность – открытия-однодневки, недобросовестные ученые, нечистоплотные коммерсанты. В любой актуальной теме существует такая опасность. Прежде всего стоит спросить совета у своего лечащего врача. Надеюсь также, что путеводителем, который вам даст правильное направление мысли и необходимые для собственного суждения знания, станет эта книга. Еще один эффективный способ, как «отделить зерна от плевел», – это разыскать оригинальную исследовательскую статью, со ссылкой на которую появилась публикация, и ознакомиться с ней. Если вы не владеете языком оригинала статьи, стоит обратить внимание на то, насколько известным и весомым является научный журнал и является ли ведущим вуз или НИИ, где работает исследователь. Идеальным критерием правильности разработки является ее независимое подтверждение в нескольких лабораториях, а еще лучше – законченные клинические испытания.
|
|
|
Уже сейчас, при наличии достаточного финансирования, можно сделать весомый вклад в радикальное продление жизни и замедление старения человека. В частности, очевидна необходимость проведения полномасштабных исследований на модельных животных способности замедлять или ускорять старение для всех уже зарегистрированных лекарственных средств. Обладая знаниями о генах, связанных со старением и долголетием, необходимо создавать новые методы генной терапии для омоложения наиболее уязвимых элементов нашего тела – гипоталамуса, стволовых клеток крови, печени, кожи и мышц. Стоит активнее внедрять инструменты для «редактирования» ошибок в геноме человека не только для лечения врожденных моногенных болезней, но и ошибок, способствующих развитию хронических возраст-зависимых заболеваний. Требуется разработать подходы для ускоренного поиска новых геропротекторов, основанные на использовании математических моделей и интеграции множества параметров клеток разных тканей и внутренних сред организма человека.
Наконец, следует исследовать возможность радикального продления жизни сочетанием всех уже имеющихся подходов – синтетической диеты (сбалансированной по аминокислотам, липидам, сахарам, биологически активным веществам, микроэлементам и витаминам), десятков известных геропротекторных лекарственных средств, генных терапий стволовых клеток и гипоталамуса, и строгого режима питания, активности и отдыха в одном эксперименте. Подобные и многие другие проекты по мере своих сил организует научный коллектив автора книги.
Мы надеемся, что доказательства возможности продления жизни животных послужат привлечению широкомасштабных инвестиций со стороны бизнеса, государства и широких слоев населения – краудфандинга, – а также, возможно, заинтересуют молодых ученых и подтолкнут их к погружению в удивительный мир современной биологии старения, к сотрудничеству со сложившимися научными коллективами. На кону – не только слава меценатов и первооткрывателей, но, что намного важнее, возможность подарить людям и себе дополнительные годы здоровья и жизни.
Во многом скорость появления новых средств для профилактики старения и их доступность определяется общественной поддержкой, поэтому мы призываем читателя по мере сил способствовать развитию науки – через популяризацию идей контроля над старением (и данной книги) среди знакомых и близких, через лоббирование финансирования научных исследований, организационную помощь ученым и законотворческие инициативы. Чтобы обеспечить быстрое вхождение лекарств против старения в систему здравоохранения, нужно создавать почву, писать соответствующие запросы в органы управления здравоохранением, участвовать в работе общественных дискуссионных групп, в общественных проектах, направленных на продление жизни. Многие из таких инициатив исходят от Фонда поддержки научных исследований «Наука за продление жизни», которым руководит общественный деятель Михаил Батин.
Заметную роль в борьбе за здоровое долголетие играет также общественная организация Совет по общественному здоровью и проблемам демографии Дарьи Халтуриной. К финансированию научных разработок в области здорового долголетия в мире подключается серьезный бизнес, поддерживаемый компаниями Google, AstraZeneca, частными инвесторами – Крейгом Вентером, Дмитрием Каменским, которые оказывают не только финансовую поддержку, но и привносят свой организаторский талант. Важную просветительскую функцию выполняют такие организации, как фонд «Вечная молодость» и Институт биологии старения, где бессменный лидер – Игорь Артюхов. По мере сил не только ученые и медики, но и все мы должны включиться в развитие технологий по контролю над старением, в процесс их внедрения в массовую практику. Совместными усилиями нам удастся приблизить момент, когда наша продолжительность жизни будет зависеть от нашей воли, а не от капризов эволюции.
Информация об авторе
Алексей Александрович Москалев (родился 5 ноября 1976 года) – доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной радиобиологии и геронтологии Института биологии Коми НЦ УрО РАН, заведующий кафедрой экологии Сыктывкарского государственного университета, заведующий лабораторией генетики продолжительности жизни и старения Московского физико-технического института, преподаватель Университета Джорджа Мейсона (Виргиния, США).
Автор более 80 научных статей и книг в областях биологии и генетики старения, генетики продолжительности жизни, радиационной генетики. Член редколлегий международных научных журналов по старению Biogerontology, Frontiers in Genetics of Aging, Aging, American & Russian Bioscience. Организатор регулярной международной конференции «Генетика продолжительности жизни и старения». Консультант международных научных фондов, фармацевтических компаний, эксперт Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ и Европейской исследовательской комиссии.
[1]Гомеоста́з – способность живых организмов сохранять относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций в условиях изменяющейся внешней среды.
[2]Стрессор (от англ. stress – давление, нажим, напор, гнёт, нагрузка, напряжение; синонимы: стресс-фактор, стресс-ситуация) – фактор, вызывающий состояние стресса. Неспецифический раздражитель или же воздействие, вызывающее стресс.
[3]Метаболический синдром – комплекс нарушений, включающий разрастание жировой ткани, нечувствительность к инсулину, сбой обменных процессов и артериальную гипертензию.
[4]Миметики (mimetics) [ греч. mimetes – подражатель] – лекарственные вещества, похожие на естественные синтезируемые в организме вещества (медиаторы, гормоны) и имитирующие действия других субстанций.
[5]Пальмитат [ нем. Palmitat] – соль или эфир пальмитиновой кислоты.
[6]Нейротоксичность – термин, обозначающий токсическое воздействие лекарственных препаратов или других химических соединений на нервную систему.
[7]Гликирование – медленная неферментативная реакция соединения молекул белка с глюкозой.
[8]Микроэлементозы – патологические процессы, вызванные дефицитами (недостатками) и избытками микроэлементов.
[9]Австралазия – географический термин для обозначения Австралии, Новой Зеландии, Новой Гвинеи, Новой Британии и расположенных рядом с ними небольших островов.
[10]Археи – архебактерии, группа микроскопических одноклеточных организмов, относящихся к «доядерным» формам – прокариотам.
[11]Межклеточный матрикс – сложная сеть из секретируемых клетками макромолекул (белков и гетерополисахаридов), которая влияет на прикрепление, деление и специализацию клеток.
[12]Иммортальность – способность клеток к неограниченному размножению, особенность стволовых и опухолевых клеток.
[13]Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – экспериментальный метод молекулярной биологии, способ значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе).
[14]Метаболо́м – совокупность всех молекул (малых молекул, липидов, углеводов, белков), которые участвуют в процессах обмена веществ (метаболизм) в организме.
[15]Липидомика (англ. Lipidomics) – это область науки, изучающая химический состав и взаимосвязи различных жиров в биологических системах.
[16]Киназный комплекс TORC1, в основе которого – киназа TOR.
[17]Киназы AMPK.
[18]Мозжечок – структура мозга, координирующая движения тела.
|
|
|
