Биомедицина

Термин «аллостатическая нагрузка» обозначает разрегулированную постоянную выработку гормонов-медиаторов стресса (адреналин, норадреналин, допамин). Постоянная выработка этих гормонов может происходить в течение долгого времени и причинять большой вред организму. Для изучения влияния аллостатической нагрузки на смертность 70-летних людей в ближайшие 4,5 года в лаборатории доктора Терезы Симен использовали набор из 10 биологических маркеров: индекс талия-бедро; систолическое и диастолическое кровяное давление; содержание в моче кортизола, норадреналин и адреналина; содержание в сыворотке крови дегидроэпиандростерона, гликозилированного гемоглобина, липопротеинов высокой плотности и общего холестерина. Аллостатическая нагрузка исследовалась дважды с интервалом в 2,5 года. По данным исследования, увеличение каждого из 10 биомаркеров повышает риск смертности в ближайшие 4,5 года на 3,3%. Оказалось, что процент смертности пациентов с высоким уровнем аллостатической нагрузки выше, чем у пациентов с низким уровнем.

1. Трансплантация клетки / Доставка лекарств Клетки млекопитающих могут быть микрокапсулированы в пределах биологически совместимой мембраны полимера, чтобы облегчить их трансплантацию. Полимер, будучи проницаемым для глюкозы и других питательных веществ, позволяет клеткам оставаться жизнеспособными и функционировать нормально (например, секретировать гормоны). Однако, мембрана непроницаема к более высокомолекулярным антителам. Сохранить жизнеспособность клеток в течение инкапсулирования (например, при воздействии на них органических растворителей) чрезвычайно трудно. Научная группа Сефтона участвует в создании новых полимеров и проектировании более эффективных процессов для производства капсул, занимается модуляцией иммунного и воспалительного ответа, использующего генетически измененные клетки в этих капсулах после внедрения.2. Разработка биоматериаловГруппа профессора Сефтона также исследует совместимые с кровью материалы. В подготовке устройств, которые используются в контакте с кровью (например, искусственное сердце, пересадка тканей, относящихся к сердечно-сосудистой системе, катетеры), должны использоваться методы растворения сгустков крови или предотвращения их формирования. Для предотвращения сгущения крови применяются антикоагулянтов (гепарин), однако их прием может привести к чрезмерному кровотечению. В прошлом подход профессора Сефтона состоял в том, чтобы ковалентно связать гепарин с материальной поверхностью, с помощью слоя покрытия поливиниловым спиртом (ПВА). Это предотвращало свертывание крови, но не решало проблемы эмболизации (закупорки сосуда) и потребления тромбоцитов. Поэтому исследовательская группа изучает причины реактивности ПВА и ведет поиск альтернтивных вариантов. Основу для этих исследований составляют цитометрия потока и другие базированные на иммунологии методики. Группа профессора Сефтона также изучает связи между коагуляцей, тромбоцитами и активацией лейкоцитов и дополнительной активацией.3.Тканевая инженерия. Университет Торонто является международным лидером тканевой инженерии. Для тканевых разработок здесь создаются мультидисциплинарные команды, состоящие из ведущих ученых, инженеров и клиницистов, членом которых является профессор Сефтон. Для решения этой проблемы группа профессора Сефтона разработала биологически совместимый полимер (poly HEMA-MMA), который подобен мягкому материалу контактной линзы. Результаты этих исследований в совокупности со знаниями о клеточной инкапсуляции помогут понять механизм воспаления, связанного с биоматериалом.

Лаборатория под руководством доктора Эдварда Сето активно занимается изучением ингибиторов деацетилаз гистонов. В частности, учеными было показано, что одна из деацетилаз HDAC3 регулируется как белок-белковыми соединениями с белком NCoR/SMRT, так и процессами фосфорилирования и дефосфорилирования, а соответственно, ферментами фосфатазами, например протеинкиназой CK2. Фосфорилирование HDAC3 по серину изменяет свойства этого фермента. HDAC8 также негативно регулируется фосфорилированием АМФ-зависимой протеинкиназой, А, которая изменяет их свойства. Производные гидкосаминной кислоты — ингибиторы HDAC LAQ824 и LBH589 — индуцируют ацетилирование и вследствие этого экспрессию гена теплового шока — HSP90, который играет определенную роль в развитие лейкемии.

Группа Даниеля Сервантеса-Лауреана изучает дисфункцию белков, вызванную окислительным стрессом при старении, диабете и онкологических заболеваниях. В настоящее время ведутся работы по количественному анализу повреждения белков и активации биологических защитных механизмов против окислительного стресса. Группа Даниеля Сервантеса-Лауреана изучала влияние рутина и его производных с помощью биомаркеров AGE таких как пентозидин, карбоксиметиллизин, флуоресцентных остатков в коллагене и автоокисления глюкозы. В ходе исследований было показано, что рутин и его производные ингибировали автоокисление глюкозы и образование пентозидина и карбоксиметиллизина. Возможно, что данные действия рутина будут способствовать улучшению здоровья, связанного с потреблением рутина. Существуют данные, что рутин, флавоноиды во фруктах и овощах и их производные обладают способностью модулировать образование продуктов ускоренного гликозилирования. Результаты исследования говорят о том, что рутин и его производные могут предотвращать гликилирование белков.

В начале своей научной карьеры доктор Майкл Села исследовал синтетические полипептидные антигены. Было обнаружено, что липидные компоненты, интересные с точки зрения иммунного ответа и нерастворимые в обычном состоянии, становятся растворимыми, если их конъюгировать с синтетическими полимерами на основе аминокислот. Один из таких конъюгатов оказался иммуногенен по отношению к сфингомиелину, и был способен связываться с ним как в водном растворе, так в физиологическом окружении, то есть в липидной мембране. На моделях различных лабораторных животных было показано, что экспериментальный аллергический энцефаломиелит вызывается димиелинизацией липидной оболочки. Исследователи под руководством профессора Села получили ряд модифицированных положительно заряженных полипептидов на основе MBP-белка. Оказалась, что введение этих полипептидов лабораторным животным препятствовало развитию у них экспериментального энцефаломиелита, а позднее был показан и их лечебный эффект. Показано, что у пациентов, получающих Copaxone, происходит индукция Th2 регуляторных клеток, секретирующих противовоспалительные и иммуносупрессивные цитокины IL-4, IL-10, TGF-β. При этом у них не активируются Th1 регуляторные клетки, участвующие в развитии рассеянного склероза. Эти работы позволили более детально понять дефекты липидсодержащих тканей и привели к пониманию механизмов демиелинизирующих заболеваний, при которых нарушается миелиновая оболочка нервных волокон. На основе этих кополимеров было создано лекарство против рассеянного склероза — Copaxone, курс лечения которым прошли или проходят около 100 000 людей.

Одним из направлений работы лаборатории Мамору Сато является изучение взаимосвязи старения клеток и патогенеза ишемической болезни. Ученые ищут механизмы, которые могли бы противостоять развитию патологических процессов в тканях сердца. Укорочение теломер в предшественниках эпителиальных клеток, которое может быть ключевым фактором старения эпителия, очень чувствительно к окислительному стрессу. Результаты последних исследований показывают, что интенсивная терапия по снижению липидов в крови у больных ишемической болезнью оказывает защитное действие против окислительного стресса. Это облегчает течение коронарной болезни и предотвращает укорочение теломерных концов. После проведения терапии были обнаружены более значительнее изменения в липидных профилях, чем в контрольной группе. У пациентов, получавших терапию, окислительный стресс был выше, но длина теломер не изменилась, а в контрольной группе — окислительный стресс был ниже, но теломеры уменьшались. Возможно, интенсивная терапия по снижению липидов может быть применена и для борьбы с укорочением теломер.

Дегидроэпиандостерон (ДГЭА), один из основных стероидных гормонов, который синтезируется в мозгу de novo. Предполагается, что ДГЭА является нейроактивным фармакологическим веществом потенциально препятствующим старению. Заметная особенность старения — увеличение моноаминооксидазы (MAO), которая коррелирует с увеличением перекисного окисления липидов в стареющем мозге крысы. Прогрессивное накопление липофусцина в нейронных клетках — также одно из самых характерных возрастных изменений. В лаборатории нейробиологии, Школы Биологических наук, Университета имени Джавахарлала Неру, Индия было показано, что нормальное старение связано с заметным увеличением активности моноаминоксидазы, перекисного окисления липидов и накопления липофусцина. При этом применение ДГЭА значительно уменьшает активность моноаминоксидазы, окисление липидов и накопление липофусцина в мозге стареющих крыс, снижается вес старых крыс. Эффект ДГЭА может свидетельствовать о его антиоксидантной активности, также как активности против ожирения, против накопления липофусцина, против перекисного окисления липидов. Результаты этого исследования могут использоваться для фармакологической модификации процесса старения и развития новых лекарственных препаратов для коррекции возрастных заболеваний. Существенное падение концентрации ДГЭА с возрастом ассоциируется с уязвимостью нейронов к нейротоксическим воздействиям.

При болезни Хантингтона в цитоплазме нейронов накапливается белок хантингтин. Ученые под руководством доктора Саркара ингибировали репрессор аутофагии — белок TOR с помощью рапамицина и лития. Исследования ве-лись на дрозофилах. При ингибировании фактора TOR у плодовых мушек активировался процесс аутофагии, защищавший их нервную систему от дегенерации. Этот способ лечения нейродегенеративных заболеваний вероятно может быть применен и в отношении человека: активация аутофагии с помощью репрессоров белка TOR поможет запустить процесс макроаутофагии в стареющей нервной системе и справиться или облегчить течение нейродегенеративных заболеваний.

AL-амилоидоз (амилоид при этом состоит из легких цепей иммуноглобулинов) — наиболее распространенный системный амилоидоз. Для пациентов с множественной миеломой высокие дозы препарата мелфалан, а также аутологичная трансплатация стволовых клеток являются терапией первой линии, так как обеспечивают высокий гематологический ответ и более высокую выживаемость по сравнению с обычной химиотерапией. Высокие результаты, полученные при лечении миеломы, натолкнули на мысль о возможности использования этого подхода для борьбы с AL-амилоидозом. Учеными группы профессора Санчоравалы было обнаружено, что этот подход приводит к ремиссии у больных AL-амилоидозом, увеличивая выживаемость пациентов.

В лаборатории Йошиуки Сакаки был изучен эффект метилирования на транскрипцию элемента L1 in vivo и in vitro. Трансфекция клеток линии плазмидой, содержащей вставку промотора L1, показала, чтометилирование действительно репрессировало активность мобильного элемента L1. Изучение процессов транскрипции in vitroс использованием матриц, подвергнутых мутагенезу, выявило, что метилирование первых семи нуклеотидов CpGs в L1 промоторе, было критичным для ингибирования. Таким образом, сайт-специфичное метилирование способно регулировать транскрипцию L1.