Индуцирование что это в медицине

Индукция (Induction)

Смотреть что такое «Индукция (Induction)» в других словарях:

Индукция — Индукция ♦ Induction Вид доказательства, в классическом понимании определяемый как переход от частного к общему, или от фактов к закону. Тем самым противостоит дедукции, которая обычно идет от общего к частному, от принципа к следствиям.… … Философский словарь Спонвиля

ИНДУКЦИЯ — (Induction) 1. И. электромагнитная возникновение электродвижущей силы на концах проводника при его движении относительно магнитного поля или при изменении магнитного потока, пронизывающего его контуры. Величина этой электродвижущей силы… … Морской словарь

ИНДУКЦИЯ — (лат. inductio, от in в, и duco веду). 1) возбуждение электричества в проволоке посредством приближения её к электризованному телу. 2) метод мышления, иначе наз. наведение, при котором из частных положений выводят общее заключение. Словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

Индукция (в логике) — Индукция (греч. epagoge, лат. inductio ‒ наведение), вид обобщений, связанных с предвосхищением результатов наблюдений и экспериментов на основе данных прошлого опыта. Именно поэтому и говорят об эмпирических, или индуктивных, обобщениях, или об… … Большая советская энциклопедия

ИНДУКЦИЯ — (induction) 1. В акушерстве начало искусственно стимулированных родов. Медицинская индукция (medical induction) осуществляется с помощью таких лекарственных веществ, как простагландины или окситоцин, которые стимулируют маточные сокращения.… … Толковый словарь по медицине

индукция технического насыщения — индукция насыщения Значение индукции магнитного материала, определяемое экстраполяцией из области напряженностей магнитных полей, соответствующих намагниченности технического насыщения, к нулевому значению напряженности поля. [ГОСТ 19693 74]… … Справочник технического переводчика

Индукция в философии — Индукция, или наведение способ умозаключения от частного к общему. Термин И. впервые встречается у Сократа (Έπαγωγή). Но И. Сократа имеет мало общего с современной И. Сократ под И. подразумевает нахождение общего определения понятия путем… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Индукция (философия) — Индукция (лат. inductio наведение) процесс логического вывода на основе перехода от частного положения к общему. Индуктивное умозаключение связывает частные предпосылки с заключением не столько через законы логики, а скорее через некоторые… … Википедия

Индукция — [induction]: Смотри также: остаточная магнитная индукция индукция насыщения магнитная индукция … Энциклопедический словарь по металлургии

индукция смещения — индукция подмагничивания — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы индукция подмагничивания EN biased… … Справочник технического переводчика

Источник

Энтероколитический синдром, индуцированный пищевыми белками, в практике детского аллерголога

Цель этого обзора — обобщить клинический опыт об этиологии, клинической картине, иммунологических механизмах, диагностике и лечении синдрома энтероколита, индуцированного пищевыми белками.

Purpose of this review is to summarize the clinical experience and knowledge of the epidemiology, immunological mechanisms, clinical manifestations, diagnosis and treatment of food protein-induced enterocolitis syndrome.

Существует целый спектр аллергических заболеваний пищеварительного тракта. Непосредственно к атопическим, т. е. IgE-опосредованным, относятся лишь немедленная гастроинтестинальная гиперчувствительность и оральный аллергический синдром. В отдельную группу выделяют эозинофильные заболевания пищеварительного тракта. В их патогенезе участвуют как IgE-зависимые, так и клеточные механизмы, где ключевое значение имеют эозинофилы. Морфологическими особенностями, характерными для этой группы заболеваний, являются преобладание в воспалительном инфильтрате эозинофилов, их группировка (эозинофильные микроабсцессы), внедрение в эпителий и дегрануляция. Не-IgE-зависимая, клеточно-опосредованная пищевая аллергия включает в себя индуцированный пищевыми белками синдром энтероколита (Food Protein Induced Enterocolitis Syndrome, FPIES), индуцированный пищевыми белками аллергический проктоколит, индуцированную пищевыми белками энтеропатию, синдром Хейнера (легочный гемосидероз), целиакию и индуцированную белками коровьего молока железодефицитную анемию [1, 2]. Клеточно-опосредованные аллергические реакции на белки коровьего молока (КМ) встречаются часто и составляют примерно 40% аллергии на белки КМ у новорожденных и детей младшего возраста (рис. 1). Цель этого обзора — обобщить клинический опыт и знания об этиологии, клинической картине, иммунологических механизмах, диагностике и лечении FPIES для разработки новых подходов к терапии и профилактике.

Эпидемиология FPIES

К сожалению, на сегодняшний день отсутствуют точные данные о распространенности FPIES в Российской Федерации. Согласно результатам национального популяционного когортного исследования в Израиле, частота FPIES на КМ составляет 0,34%, тогда как IgE-зависимая пищевая аллергия диагностирована в 0,5% случаев у детей до 12 месяцев [3]. Семейный анамнез по атопии был отягощен у 40–80% пациентов, в 20% по пищевой аллергии и в 6% случаев по FPIES [4, 5]. До 40% детей с FPIES имеют повышенный уровень IgE на другие продукты [5, 6]. Примерно 30% детей с FPIES сформировали аллергические заболевания, такие как экзема (35%), астма или ринит (20%), или позже лекарственную гиперчувствительность, что отражает ситуацию в популяции в целом.

Иммунологические механизмы FPIES

Патогенез иммунологических реакций и клиническая картина при IgE-зависимой пищевой аллергии хорошо описаны и изучены (рис. 2) [7, 8]. В отличие от этого механизма, при патогенезе FPIES нет четкого обоснования, какие иммунологические процессы сопровождают гастроинтестинальные и системные реакции в виде рвоты, гипотензии и диареи. Активация Т-клеток на пищевые аллергены может способствовать местному воспалению кишечника через выброс провоспалительных цитокинов, например, ФНО-α и ИФН-γ, что приводит к увеличению проницаемости кишечного барьера и выходу жидкости [2]. Местное воспаление может быть опосредовано через активацию периферических мононуклеарных клеток, увеличение ФНО-α и снижение уровня экспрессии ФНО-ß рецепторов в слизистой оболочке кишечника [9]. FPIES часто сопровождается лейкоцитозом и тромбоцитозом.

Рвота связана со стимуляцией хемо- или механорецепторов верхних отделов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). В качестве возможного пути ее индуцирования рассматривается роль энтерохромаффинных клеток ЖКТ, продуцирующих серотонин, который в свою очередь может активировать блуждающий нерв и вызвать рвоту. На сегодняшний день обсуждаются вопросы об участии энтерохромаффинных клеток в распознавании специфических антигенов в кишечнике, а также о возможном нейроэндокринно-иммунном пути взаимодействия, который ведет к острым проявлениям FPIES. К сожалению, в настоящее время отсутствует экспериментальная модель с участием лабораторных животных для воспроизведения FPIES. Поэтому необходимо более тщательно наблюдать больных с FPIES, чтобы ответить на эти фундаментальные вопросы.

Клиническая картина FPIES

FPIES у младенцев обычно проявляется в виде профузной повторяющейся рвоты (начало в течение 1–3 часов после приема пищи) и диареи (начало в течение 5–10 часов) (рис. 3) [10]. Дыхательные и кожные проявления отсутствуют [11]. FPIES наиболее часто вызывают КМ и соя [3, 5, 6, 12, 13]. Обычно симптомы начинают проявляться в периоде новорожденности или в течение первого года жизни [14, 15]. Позднее начало обычно связывают с задержкой введения КМ, сои или других прикормов детям на грудном вскармливании [5]. КМ и/или соя в качестве триггера FPIES у младенцев, находящихся на исключительно грудном вскармливании, встречается очень редко, что указывает на важную защитную роль грудного вскармливания [16, 17]. Тем не менее, в когорте 30 японских младенцев с диагностированным FPIES, вызванным КМ, 10% детей сформировали симптомы, находясь на грудном вскармливании, что предполагает существование различных фенотипов FPIES согласно этническим группам [18, 19]. По данным K. M. Jarvinen, A. Nowak-Wegrzyn (2013) причиной развития FPIES может быть рис, овес, мясо, рыба и яйцо [10]. FPIES на рыбу или морепродукты, как правило, проявляется у детей более старшего возраста и взрослых [5, 20].

Хронический FPIES у младенцев

В самых тяжелых случаях симптомы начинаются в течение первых дней жизни у младенцев, вскармливаемых смесью на основе КМ или сои, с периодической рвотой и хронической диареей (может быть кровавой), без связи с приемом пищи [18, 21, 22]. Хронический FPIES проявляется вздутием живота, потерей веса, обезвоживанием, метаболическим ацидозом, анемией, повышением уровня лейкоцитов с эозинофилией и гипоальбуминемией. У 1/3 детей раннего возраста с тяжелой степенью FPIES и ацидемией наблюдалась транзиторная метгемоглобинемия [23]. Часто на обзорной рентгенограмме брюшной полости можно увидеть интрамуральное скопление газа, что необходимо дифференцировать с некротическим энтероколитом [4, 13]. В целом 75% младенцев заболевают остро, из которых только у 15% FPIES сопровождается гипотензивным синдромом и требует госпитализации [12].

Острый FPIES

Острый FPIES вызывается белками КМ, сои и других продуктов у младенцев и маленьких детей. Младенцы с хроническим FPIES при введении жидкости внутривенно (в/в) или переводе на высокогидролизную смесь улучшают свое состояние в течение 3–10 дней [21]. Повторное введение причинно-значимого продукта после периода элиминации вызывает появление острых симптомов, обычно проявляющихся в виде повторяющейся рвоты (до 10–20 раз) в течение 1–3 часов после приема пищи. Диарея обычно начинается в течение 2–10 часов (в среднем 5 часов) с кровью, слизью и повышенным содержанием лейкоцитов, эозинофилов и углеводов [21]. У некоторых детей острый FPIES может осложниться гипотензией и гиповолемическим шоком [20, 24]. В периферической крови повышено количество нейтрофилов, с пиком через 6 часов и нормализацией уровня в течение 18–24 часов [21]. В редких случаях тяжелое вздутие живота может вызвать подозрение на непроходимость кишечника и приводит к диагностической лапаротомии [25].

Причинно-значимые продукты

Большинство (60%) пациентов реагируют только на один продукт [5,6]. Наиболее распространенные это КМ или соя, но до 40% детей могут реагировать на оба продукта. FPIES может также быть вызван и другими продуктами, такими как рис, овес, ячмень, курица, индейка, яичный белок, зеленый горошек и арахис [26]. Среди младенцев с FPIES на прикормы у 65% был ранее диагностирован FPIES на КМ и/или сою, получавших казеиновый гидролизат или аминокислотную смесь, и лишь 35% были на грудном вскармливании [4].

Диагностика FPIES

Диагностика FPIES основывается на анамнезе, клинической картине, исключении других заболеваний со сходной клинической картиной и проведении провокационного теста (табл. 1) [11]. Часто присутствует поздняя диагностика, что возможно связано с отсутствием типичных кожных и респираторных аллергических симптомов. Кроме того, рис, овес и овощи редко вызывают IgE-зависимую аллергию и считаются гипоаллергенными, поэтому их редко подозревают в качестве виновных продуктов в тяжелых аллергических реакциях. Отсутствие четких диагностических алгоритмов также способствует поздней диагностике. В отличие от большинства пациентов из США, Европы, Австралии и Израиля, 47% японских детей раннего возраста с FPIES на КМ имеют повышенный уровень специфического IgE в сыворотке крови [18]. Исследователи из Японии предполагают, что расы или национальности могут влиять на фенотип FPIES [19]. На основе предполагаемых Т-клеточных реакций в развитии данного заболевания, были оценены аппликационные накожные тесты (патч-тесты) в качестве диагностики сенсибилизации при FPIES. Результаты оказались противоречивы. В настоящее время патч-тесты не рекомендуются для диагностики сенсибилизации при FPIES [6, 27, 28].

Оральный провокационный тест (ОПТ) является золотым стандартом для диагностики FPIES. К сожалению, провокационные пробы с пищевыми аллергенами в РФ не сертифицированы. Соответственно, при FPIES основное диагностическое значение приобретает диагностическая элиминационная диета с последующим повторным введением продукта. Для большинства грудных детей нет необходимости в подтверждении FPIES через ОПТ, особенно если они имеют классический анамнез тяжелых, повторных реакций и после элиминации подозреваемого продукта происходит нормализация клинической картины [1].

Гипоальбуминемия и прибавка в весе менее 10 г/сут были определены как независимые предикторы FPIES на КМ у маленьких детей с хроническими гастроинтестинальными симптомами [15]. Оценка копрограммы у новорожденных с хроническим FPIES и диареей неспецифична и только говорит о наличии скрытой крови, интактных полиморфно-ядерных нейтрофилах, эозинофилах и кристаллах Шарко–Лейдена. Проведение эндоскопии до установления диагноза у новорожденных с FPIES на КМ и/или сою показала наличие ректальных язв и кровотечение из рыхлой слизистой оболочки [22].

На рентгенограмме детей с хронической диареей, ректальным кровотечением и/или отставанием в физическом развитии были описаны уровни жидкости, неспецифическое сужение и наличие «отпечатков больших пальцев» в прямой и сигмовидной кишке, утолщение циркулярных складок двенадцатиперстной и тощей кишки с избытком полостной жидкости [29]. При подозрении на непроходимость кишечника была выполнена лапаротомия и диагностировано вздутие тонкой кишки и утолщение стенки тощей кишки дистальнее связки Трейца с диффузным субсерозным кровотечением [25]. У детей, находящихся на строгой диете, на повторной рентгенограмме наблюдалась ее нормализация.

Определение IgE при FPIES

FPIES классифицируется как не-IgE-зависимая пищевая аллергия [1, 4, 30, 31]. По данным исследований 4–25% детей с диагнозом FPIES изначально имели повышенный уровень специфических IgE (sIgE) АТ [3, 5, 6]. У детей с FPIES на КМ и высоким уровнем sIgE наблюдалось более позднее улучшение клинической картины, по сравнению с детьми, у которых уровень sIgE был в норме [5, 12, 32]. У большинства детей с высоким уровнем sIgE сохраняется FPIES-фенотип, но, тем не менее, механизм пищевой аллергии может измениться на немедленную IgE-опосредованную. В исследовании под руководством J. C. Caubet (2014), у 35% детей с FPIES, индуцированным КМ и sIgE к КМ, диагностированы немедленные аллергические проявления аллергии на белки КМ [5]. Целесообразно включать прик-тест и/или измерение сывороточного sIgE для первоначальной и последующей оценки пациента.

Элиминационная диета

Принципы построения диеты при FPIES аналогичны IgE-зависимой пищевой аллергии. Большинство существующих международных рекомендаций предполагают использование в качестве диетотерапии FPIES смесей на основе высокогидролизованного белка [33–35]. В литературе прошлых лет описаны случаи непереносимости детьми с FPIES смесей на основе высокогидролизованного белка, причем независимо от вида белка, входившего в состав смеси [36, 37]. К настоящему времени состав смесей претерпел значительное улучшение, тем не менее, отсутствие ожидаемого эффекта от применения смесей на основе высокогидролизованного белка встречается в клинической практике. В таких случаях диетотерапию необходимо проводить с использованием аминокислотных смесей, использование которых в лечении FPIES поддерживается и рекомендациями ESPGHAN [38].

В настоящее время на российском потребительском рынке для больных с пищевой аллергией представлены 4 продукта, созданных на основе смеси свободных аминокислот, — Неокейт LCP, Нутрилон Аминокислоты, Неокейт Эдванс и Алфаре Амино (табл. 2). Все аминокислотные смеси имеют сбалансированный жировой и углеводный состав, обогащены необходимыми для детей витаминами и микроэлементами.

Алфаре Амино — это новая смесь на основе аминокислот и свободная от молочного белка и лактозы, использование которой позволяет полностью избежать молочных и пищевых аллергенов. Алфаре Амино позволяет значительно улучшить лечение и нутритивную поддержку детей, у которых применение высокогидролизованной смеси не приносит положительных результатов. Смесь Алфаре Амино предназначена для длительного применения в диетотерапии детей, страдающих тяжелой и осложненной пищевой аллергией на белок коровьего молока и пищевой непереносимостью (табл. 3).

Лечение острого FPIES

В качестве первой линии терапии применяют быструю в/в регидратацию (20 мл/кг физиологического раствора струйно) при тяжелых острых реакциях или при ОПТ. Основываясь на предполагаемом Т-клеточном воспалении кишечника, часто назначаются внутривенные кортикостероиды при тяжелых реакциях. Адреналин также должен быть доступен при потенциальных тяжелых сердечно-сосудистых реакциях, в виде гипотензии и шока. Однако назначение адреналина не улучшает симптомы рвоты, которые быстро устраняются при интенсивном в/в введения жидкости [20]. Несколько исследователей описали эффективное в/в назначение ондансетрона для остановки рвоты, индуцированной во время проведения ОПТ при FPIES [39]. Пять детей старше трех лет с рвотой, индуцированной в течение проведения ОПТ при FPIES, лечили ондансетроном в дозе 0,2 мг/кг вместе с в/в введением физиологического раствора струйно. Трое из четырех детей получили в/в ондансетрон и добились результата в течение 10–15 минут, в то время как одному ребенку требовалась дополнительное введение ондансетрона. Другой ребенок получал ондансетрон перорально, но требовалось дополнительное в/в введение ондансетрона для уменьшения сильной боли в животе. Еще одно исследование, проведенное в Италии, подтвердило эффективность внутримышечного введения ондансетрона для лечения острого FPIES у детей раннего возраста при ОПТ [40]. Ондансетрон высокоселективно блокирует центральные (хеморецепторы триггерной зоны, рвотный центр) и периферические серотониновые 5-HT3-рецепторы. Подавляет рвотный рефлекс, устраняет и предупреждает тошноту и рвоту, опосредованную высвобождением серотонина, и часто используется после химиотерапии, а также при вирусных гастроэнтеритах. При назначении ондансетрона необходимо обратить особое внимание на детей с сопутствующей патологией сердца, из-за возможного удлинения интервала QT. Ондансетрон не зарегистрирован в РФ для лечения FPIES.

Определение оптимального времени для повторного введения продукта

На данный момент нет конкретных рекомендаций о сроках проведения ОПТ. По опыту США диагностический ОПТ обычно пытаются провести в течение 12–18 месяцев после последней реакции [32, 10]. Однако в проспективном исследовании из Кореи рассматривались более ранние попытки проведения ОПТ [14]. В это исследование были включены 23 новорожденных с FPIES на КМ или сою (диагностирован в среднем в 36 дней, диапазон 13–58 дней) с двухлетним наблюдением. В результате к 6 месяцам 27% развили толерантность к КМ и 75% к сое, соответственно 42% и 91% к 8 месяцам и 64% и 92% к 10 месяцам. Все дети полностью поправились к 2 годам при FPIES на КМ и к 14 месяцам при FPIES на сою. В проспективном когортном исследовании из Израиля все дети к 6 месяцам были с диагнозом FPIES, индуцированным белками КМ, и у 50% исчезли клинические проявления заболевания в течение первого года жизни, у 89% к возрасту двух лет, и у 90% к возрасту трех лет [3]. С другой стороны, ретроспективные исследования, проведенные в США, описали низкие темпы разрешения FPIES на КМ или сою: 35% к возрасту 2 лет, 70% к возрасту 3 лет, и 85% к возрасту 5 лет [5, 6]. Эти различия могут отражать различия в дизайне исследования и/или выборки в сторону более тяжелых фенотипов. Таким образом, согласно последним данным ОПТ с КМ может быть выполнен после 12 месяцев, в то время как с соей может быть рассмотрен после шести месяцев [5, 14, 41]. У детей с FPIES на рис или овес нормализация клинической картины происходит позже, обычно к возрасту 4–5 лет [5, 6, 42]. Нет данных о разрешении FPIES на морепродукты у детей старшего возраста. Рекомендуется периодическая оценка состояния в этой группе пациентов.

Заключение

FPIES — распространенное проявление не-IgE-зависимой пищевой аллергии в раннем возрасте и в большинстве случаев проходит в первые годы жизни. Постановка правильного диагноза зачастую осложняется отсутствием неинвазивных подтверждающих тестов и маркеров. Лечение таких больных основывается на элиминации пищевых аллергенов и периодических попытках их введения.

Литература

ГБОУ ВПО СПбГПМУ МФ, Санкт-Петербург

Источник

Что необходимо знать о мРНК-вакцинах: 5 позиций

В результате беспрецедентной скорости в разработке новых вакцин, миру были представлены первые клинически одобренные мРНК-вакцины

В результате беспрецедентной скорости в разработке новых вакцин, миру были представлены первые клинически одобренные мРНК-вакцины для борьбы с пандемией Covid-19 – одна из них произведена Pfizer и BioNTech, другая – компанией Moderna. Испытания показали эффективность этих вакцин на уровне не менее чем 94%.

1. Технология мРНК вакцин не так молода, как кажется

Классический механизм работы вакцин (например, против полиомиелита и гриппа) заключается в презентации иммунной системе инактивированных частиц вируса. Другие вакцины (например, против гепатита B) используют отдельно взятый белок, являющийся частью инфекционного агента, чтобы вызвать схожий иммунный ответ.

мРНК-вакцины работают по другому принципу, «обманывая» иммунную систему таким образом, что РНК (в основном матричная мРНК) кодирует белок, который продуцируется в клетке путем трансляции и представляется иммунной системе; он действует как антиген. Иммунная система учится избирательно бороться с клетками, экспрессирующими такие антигены, такими как клетки-хозяева, инфицированные вирусами, или опухолевые клетки.

Хотя вакцины от Pfizer/BioNTech и Moderna – первые препараты, одобренные в клинической практике, сама технология мРНК-вакцин существует относительно давно. Первые испытания в онкологии с использованием схожих технологий берут свое начало еще в 2011 году.

2. мРНК-вакцины не изменяют ДНК

Существуют абсолютно необоснованные опасения, что мРНК-вакцины способны изменять ДНК. На самом же деле мРНК не входит в ядро клетки, а после своего введения биодеградирует в течение нескольких дней. Именно поэтому для формирования полноценного иммунного ответа необходимо 2 инъекции препарата.

3. мРНК-вакцины имеют высокую специфичность

Вирус SARS-CoV-2 имеет достаточно сложную структуру и его различные части стимулируют иммунную систему на образование нейтрализующих антител, которые не всегда способны эффективно элиминировать инфекцию. мРНК-вакцины стимулируют иммунный ответ к спайк-белку вируса, являющегося только частью вирусной мембраны.

4. Разработчики и эксперты не «срезали углы» во время клинических испытаний

Испытания вакцин начались с доклинической фазы, проводимой на животных, а затем постепенно переходили на 1-ую, 2-ую и 3-ю фазы. Например, 3-я фаза вакцины от Pfizer/BioNTech включает более 40 000 человек, исследования эффективности и безопасности будут продлжаться следующие 2 года.

Основные проблемы, связанные с использованием вакцины, обычно возникают в первые 2 месяца. Тем не менее, не исключены редкие побочные эффекты на больших выборках в миллионы людей, поэтому за вакцинированными необходимо пристальное наблюдение, особенно с учетом инновационной природы технологии.

5. Вакцина запускает воспалительные реакции

Частично вакцина работает путем индуцирования локальных иммунных реакций, поэтому воспалительные признаки в месте инъекции и небольшой дискомфорт в первые дни – вполне нормальное явление.

Источник

В поисках клеток для ИПСК — шаг за шагом к медицине будущего

В поисках клеток для ИПСК — шаг за шагом к медицине будущего

Автор

Редактор

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Открытие индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) стало одним из самых громких и многообещающих достижений в научном мире за последние годы. Казалось бы, как только у каждого человека появятся свои собственные плюрипотентные стволовые клетки, разрешится огромное количество медицинских проблем. Тем не менее прошло уже почти десять лет, а применение ИПСК в реальной практической медицине толком еще и не начиналось. По-прежнему между открытием ИПСК и спасением мира от всех недугов стоит основная проблема — методы индукции плюрипотентности в клетках. Способом преодолеть эту пропасть может быть поиск клеточных типов, легче поддающихся перепрограммированию. Один из этих типов лежит буквально «на поверхности» — клетки дермальной папиллы.

Обратите внимание!

Эта статья опубликована в номинации «Своя работа» конкурса «био/мол/текст»-2015.

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Стволовые клетки — панацея XXI века

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) произвели невероятный фурор в научном сообществе [1]*. Представить только — для каждого человека могут быть получены ИПСК его же собственного генотипа. Это открытие предоставляет целый спектр новых возможностей: например, в момент решает любые вопросы, связанные с донорством. Полученные ИПСК можно направить в любую сторону клеточной дифференцировки и создать донорский материал, который не нужно искать. Самое важное, что ткани и органы, полученные таким образом, будут обладать полной иммунологической совместимостью с тканями пациента, так как будут созданы из его собственных клеток**.

* — Стволовые клетки можно получать и другими способами: ими может безо всякого ущерба для развития поделиться эмбрион («Щадящие стволовые клетки» [2]) или. его обиталище («Эндометрий как альтернативный источник стволовых клеток» [3]). — Ред.

** — О ситуации в области создания искусственных органов и технологиях их получения рассказывает статья «Органы из лаборатории» [4]. — Ред.

Помимо этого, впервые открываются возможности лечения генетических заболеваний. Молекулярная биология также не стоит на месте: разрабатывается огромное количество методов, позволяющих редактировать геном*, исправлять в нём «ошибки» или вносить дополнительные элементы. Но все эти методы малоэффективны применительно ко взрослому организму — дифференцировка его клеток, формирование органов и тканей происходили под влиянием причинных мутации. Чем же могут помочь ИПСК? Эти клетки представляют собой начальную форму клеточного развития. При коррекции генома на данной стадии последующая дифференцировка пройдет без отклонений.

* — Сейчас при разработке генотерапевтических подходов особые надежды возлагают на системы редактирования ZFN, TALEN и CRISPR/Cas9, основанные на сайт-специфическом действии нуклеаз in vivo. Эти системы обычно состоят из двух модулей, один из которых распознает нужную олигонуклеотидную последовательность, а другой режет цепи ДНК: «А не замахнуться ли нам на. изменение генома?» [5], «CRISPR-системы: иммунизация прокариот» [6]. И некоторые из подходов уже вполне «осязаемы», раз громче звучат голоса биоэтиков: «Мутагенная цепная реакция: редактирование геномов на грани фантастики» [7]. — Ред.

Какие могут быть проблемы?

Несмотря на активное изучение ИПСК, существует ряд проблем, затрудняющих их использование непосредственно для лечения человека. Эти проблемы связаны со способом индукции плюрипотентности («перепрограммированием») клеток. Надо сказать, еще совсем недавно даже мысль о существовании таких способов относилась к категории еретических, ведь дифференцировка считалась процессом необратимым — до «нобелевских» работ Джона Гёрдона и Синьи Яманаки [8]. Как установила группа Яманаки, для перепрограммирования терминально дифференцированных клеток необходимо всего четыре транскрипционных фактора: Oct4, Sox2, c-Myc и Klf4 [9]. Транскрипционные факторы (ТФ) — это белки, способные регулировать работу генов. При работе этих четырех ТФ геном клетки перестраивается в плюрипотентное состояние. На данный момент единственным эффективным способом получения ИПСК является внесение генов ТФ в клетку с помощью лентивирусных векторных конструкций. Такой метод приводит к интеграции вектора в геном клетки, что может вызвать непредвиденные модификации его структуры и привести к развитию злокачественных образований. Кроме этого, сами вирусные конструкции являются антигенами для человека, что также небезопасно и ограничивает возможности практического применения ИПСК [10].

Тем не менее.

Тем не менее некоторые ИПСК всё же добрались до применения на практике. Например, с их помощью начали лечить серповидноклеточную анемию*. ИПСК получали из клеток пациента и с помощью специализированных генетических методов исправляли мутацию, приводящую к этому заболеванию [11]. В конечном итоге ИПСК дифференцировали в здоровые эритроциты и вводили пациенту. Дело в том, что эритроциты — это тот редкий случай, когда непредсказуемая интеграция генов ТФ в клеточный геном не представляет никакой опасности, потому что в процессе дифференцировки эритроциты теряют ядро.

* — Генные и клеточные инженеры вообще неравнодушны к заболеваниям крови, и старания их приносят всё более ощутимые результаты — как по эффективности, так и по безопасности: «Сводка с генотерапевтических фронтов. Новая стратегия нейтрализации гемофилии» [12]. — Ред.

Что же делать?

Решать вышеперечисленные проблемы можно с помощью двух независимых стратегий. Первая стратегия заключается в поиске альтернативных безопасных способов введения транскрипционных факторов*. На сегодняшний день в этом направлении ведется множество работ. Например, в качестве поставщика генов ТФ используют аденовирусные конструкции, не встраивающиеся в клеточный геном. При другом подходе ТФ доставляют в клетку не в виде генов, а в виде РНК-матриц или готовых белков. Даже в рамках интегративных методов доставки транскрипционных факторов ведутся работы по снижению рисков их использования за счет встраивания всех четырех генов в одну рамку считывания. Вариантов доставки факторов транскрипции в клетку очень много, но все они проигрывают привычным лентивирусным конструкциям по двум параметрам — по эффективности и оптимальности материальных затрат и сил. Последнее тоже немаловажно, так как в перспективе перепрограммирование клеток будут производить не в лабораторных, а в медицинских масштабах.

* — Редкий человек не слышал о дурном поведении чужих и даже собственных по каким-то причинам слабо контролируемых стволовых клеток: «Ствол и ветки, стволовые клетки» [1]. Методология получения ИПСК ещё больше повышает градус онкологической настороженности: проблему представляет встраивание в геном не только векторной ДНК с активными промоторами, но и протоонкогенов — да, гены двух из четырех «магических» ТФ (c-Myc и Klf4) относятся к протоонкогенам. Поэтому стараются всеми способами найти баланс между эффективностью перепрограммирования и безопасностью, меняя спектр ТФ или вовсе исключая введение генно-инженерных конструкций — есть надежда, что в перспективе будет достаточно просто «похимичить»: «Снежный ком проблем с плюрипотентностью» [10], «Была клетка простая, стала стволовая» [9]. — Ред.

Вторая стратегия заключается в поиске оптимального типа клеток для перепрограммирования. Оказалось, что разные типы клеток могут значительно различаться по своей способности давать линии ИПСК. Эти различия проявляются в неодинаковых скорости и эффективности (из одного и того же количества клеток разных типов получается разное количество клонов ИПСК) перепрограммирования. Способность клеточного типа к перепрограммированию зависит от разных факторов. Некоторые клетки являются мультипотентными или просто активно обновляющимися, что ставит их ближе, чем терминально дифференцированные клетки, к плюрипотентному состоянию.

Кроме эффективности такого превращения, клетки отличаются числом транскрипционных факторов, необходимых для их перепрограммирования. Клетки, «откликающиеся» на меньшее число факторов транскрипции, не только значительно сокращают риски даже опасных способов введения ТФ, но и увеличивают эффективность уже найденных безопасных. К таким клеткам относятся, к примеру, нейроны, способные перепрограммироваться при введении не четырех, а всего лишь одного транскрипционного фактора [13]. Но нейроны не подходят для повсеместного создания ИПСК в медицине из-за сложности их выделения из организма. Помимо простоты получения оптимальный тип клеток должен быть в наименьшей степени подвержен агрессивному воздействию внешней среды, а значит, к таким клеткам нельзя отнести кожные фибробласты, наиболее часто используемые для перепрограммирования [14].

Клетки дермальной папиллы — возможный ключ к решению проблем

Рисунок 1. Строение волосяного фолликула. Дермальная папилла, или волосяной сосочек, находится в основании волосяной луковицы.

В 2011 году было показано, что клетки дермальной папиллы мыши также можно перепрограммировать с помощью всего лишь одного ТФ — Oct4 [15]. С тех пор идея перепрограммирования клеток дермальной папиллы больше не выдвигалась, что кажется весьма странным, поскольку эти клетки как нельзя лучше подходят на роль источника ИПСК. Дермальная папилла (ДП) — это соединительнотканный сосочек в волосяной луковице (рис. 1); он находится в глубоких слоях кожи и в меньшей мере подвержен агрессивным воздействиям окружающей среды. Кроме этого, клетки ДП удобны для выделения: для получения культуры клеток достаточно нескольких выдернутых волос. Но что самое главное, эти клетки легко поддаются перепрограммированию и требуют меньше вмешательств в транскриптом, что значительно безопаснее по сравнению с классическим перепрограммированием четырьмя транскрипционными факторами. К сожалению, работа проводилась на мышиных клетках [15], а на человеческих ее результаты проверены не были.

Рисунок 2. Результат от-ПЦР-анализа клеток дермальной папиллы человека, терминально дифференцированных фибробластов и ИПСК на экспрессию факторов Яманаки. Можно видеть, что в клетках дермальной папиллы присутствуют три из четырех транскрипционных факторов. Рисунок из диплома автора статьи [16].

Как следствие, в 2014 году в лаборатории генетики развития Института общей генетики им. Н. И. Вавилова в рамках одной из дипломных работ была поставлена следующая задача: определить минимальный набор транскрипционных факторов, необходимых для перепрограммирования клеток дермальной папиллы. Для начала было проведено более детальное изучение экспрессии генов транскрипционных факторов в клетках дермальной папиллы человека. Оказалось, что в этом типе клеток в обычном состоянии экспрессируются гены трех из четырех ТФ Яманаки: SOX2, KLF4 и c-MYC (рис. 2). Факт экспрессии KLF4 и c-MYC не удивляет, так как их продукты участвуют в процессах пролиферации и регуляции клеточного цикла и присутствуют в дифференцированных клетках — например, в кожных фибробластах. Но Sox2 является фактором плюрипотентности и встречается в уже перепрограммированных ИПСК, где есть все ТФ; в этом клетки дермальной папиллы уникальны. Таким образом, если в этих клетках уже синтезируются три из четырех транскрипционных факторов, действительно есть основания полагать, что перепрограммирование клеток ДП человека с помощью одного лишь фактора Oct4 осуществимо.

При дальнейших исследованиях выяснилось, что клетки ДП человека хуже поддаются перепрограммированию, чем аналогичные клетки мыши — оно идет значительно дольше и с меньшей эффективностью. Это вполне логично, так как волосяной покров человека в процессе эволюции изменил свои физиологические функции по сравнению с покровом остальных млекопитающих. На данный момент удалось провести перепрограммирование только с помощью двух ТФ — Oct4 и Sox2 (рис. 3), — что уже является неплохим результатом, так как сокращает вдвое вышеописанные риски повреждения генома при использовании вирусных конструкций [16].

Встает закономерный вопрос: почему для перепрограммирования потребовалось более одного транскрипционного фактора, если в клетках и так присутствуют три из них? Видимо, естественной экспрессии генов ТФ в клетках дермальной папиллы оказалось недостаточно для перестройки генома в плюрипотентное состояние, и для перепрограммирования одним фактором транскрипции понадобятся вспомогательные низкомолекулярные агенты, облегчающие его работу. По некоторым данным, малые органические молекулы даже без прямого влияния на активность генов способны «катализировать» переведение клеток в плюрипотентное состояние, заменяя при этом часть ТФ [9].

Рисунок 3. ИПСК, полученные из клеток дермальной папиллы человека. А — Характерная морфология плюрипотентных стволовых клеток: плотные колонии из мелких клеток с высоким ядерно-цитоплазматическим соотношением. Б — Окраска ИПСК на маркеры плюрипотентности Oct4, Nanog, Tra 1-60 и SSEA4, наличие которых доказывает завершение перепрограммирования. Рисунок из диплома автора статьи [16].

Конечно, за один год дипломной работы пропасть между теорией и практикой автором этой статьи преодолена не была, однако дальнейшие пути исследований вырисовываются четче. Приведенные выше результаты показали, что клетки дермальной папиллы действительно находятся ближе к плюрипотентности, чем обычные терминально дифференцированные клетки, и исследования перепрограммирования клеток ДП человека одним транскрипционным фактором нужно продолжать. Вероятно, в ближайшее время в других лабораториях, где занимаются альтернативными безопасными способами введения факторов транскрипции, тоже найдется оптимальное решение, и, сложив два и два, мы таки придем к медицине будущего.

Источник