Журнал «Вокруг Света» №09 за 2007 год - Вокруг Света

Не простые, а моноклональные

кратчайший словарь биологических терминов Антиген — чужеродное для организма вещество, вызывающее иммунный ответ — в частности, выработку антител.

Антитело (иммуноглобулин) — белок, синтезируемый иммунной системой в ответ на введение в организм антигена и связывающийся с одним из его эпитопов.

Эпитоп — группа из примерно десяти аминокислот в составе белкового антигена (или участок полисахаридной цепи, характерный для оболочек бактерий), к которому, как ключ к замку, подходит активный центр соответствующего антитела. Моноклональные антитела подходят только к одному, строго определенному эпитопу конкретного антигена.

Клон (в данном случае) — все потомки одного-единственного лимфоцита, вырабатывающие антитела только к определенному эпитопу, с которым когда-то «познакомился» их прародитель.

Пули размером с молекулу

По сравнению с липосомами наночастицы — как истребитель рядом с дирижаблем. И дело не только в размерах (десятки—сотни нанометров вместо десятков—сотен микрон у липосом), но и в возможностях. На одну молекулу антитела, избирательно связывающегося с белком-маркером часто встречающейся опухоли кожи — меланомы, — исследователи из Университета Райса (штат Техас) навешивают до сорока углеродных наносфер, нагруженных противоопухолевым препаратом. Вдобавок наноконтейнеры легче и глубже проникают в ткани и клетки. Грузоподъемность, маневренность и в конечном итоге эффективность эскадрильи таких наноистребителей существенно выше, чем у липосомы такого же веса.

Дендример — искусственно созданный ветвящийся полимер. Такие «ветвящиеся шарики» можно приспособить для адресной доставки лекарственных молекул (компьютерная графика)

Наносферы и нанотрубки можно делать из инертных веществ, на которые не реагирует иммунная система (самое распространенное из них — чистый углерод), а также из нуклеиновых кислот или биоразрушаемых полимеров. Наносферы — причем заданного размера, от 1 до 10 нм — можно плести из открытых совсем недавно древообразных полимеров — дендримеров. При самосборке их молекулы образуют шарики, состоящие из «веток», к которым очень удобно крепить самые разные молекулы. Один из способов применения дендримеров в онкологии разработали исследователи из Мичиганского университета. Они научились с помощью небольшого отрезка ДНК соединять два таких наноконтейнера. Первый из них наполняют антителами к рецептору фолиевой кислоты — витамина В9, в котором опухолевые клетки нуждаются намного сильнее, чем здоровые, и поэтому выставляют на поверхность соответствующие рецепторы. Второй контейнер содержит флуоресцентное вещество. Такая система хорошо подходит для диагностики рака: маркерным концом наночастицы прикрепляются к больным клеткам, а обнаружить их можно по свечению второго контейнера в ответ на короткие импульсы поляризованного света. Сейчас исследователи работают над следующим этапом — «бомбовый отсек» можно заполнить лекарственным веществом, а «радар» нацелить на любой белок, характерный только для определенного типа клеток.

Впрочем, с помощью наночастиц можно выжечь опухоль вообще без лекарств. Один из таких методов разработали отец и сын Эль-Сайед, Мустафа и Айвэн (Mustafa & Ivan El-Sayed) из Университета Калифорнии в Сан-Франциско. Золотые наночастицы они покрывали антителами к белку с длинным названием «рецептор эпидермального фактора роста», который встречается на поверхности многих типов раковых клеток, а для здоровых нехарактерен. Опыты ставили на двух культурах клеток: здорового человеческого эпителия и клеток сквамозной карциномы полости рта. Под действием луча лазера закрепившиеся на поверхности злокачественных клеток золотые наночастицы разогревались и уничтожали раковые клетки, а здоровые при той же интенсивности излучения оставались живыми и по-прежнему здоровыми.

Дрессированные вирусы

Полный геном человека состоит примерно из шести миллиардов пар нуклеотидных оснований (в двух наборах хромосом). Изменение отдельной «буквы» в геноме может пройти незамеченным, или оказаться смертельным, или вызвать болезнь, причем как прямо, так и косвенно. Не меньше половины наших болезней тем или иным образом зависят от генов. Известно уже около тысячи только моногенных наследственных болезней, то есть связанных с нарушением работы всего одного из примерно 30 000 пар генов.

На разных стадиях клинических испытаний сейчас находятся сотни методов генотерапии. Разрабатываются и испытываются на животных — тысячи. В большинстве случаев для доставки генов в клетки используют вирусы: именно этим они занимаются в природе уже миллиарды лет (к счастью, с переменным успехом). Но даже самые страшные вирусы можно использовать в мирных целях.

Муковисцидоз (кистозный фиброз) — тяжелое и часто встречающееся наследственное заболевание. В Северной и Центральной Европе он обнаруживается у одного новорожденного из 2 000. Название болезни образовано из латинских слов mucus — «слизь» и viscidus — «липкий», поскольку проявляется она обычно повышенной вязкостью слизистых оболочек, хотя нарушения в работе организма носят комплексный характер. Больные обычно умирают, не дотянув до 20 лет из-за различных заболеваний легких или просто от удушья. Причиной же заболевания является дефект гена, кодирующего белок, который обеспечивает и регулирует транспорт ионов хлора через клеточную мембрану. Существующие методы лечения муковисцидоза неэффективны, и надеяться можно только на то, что в клетки больного удастся ввести нормальный ген трансмембранного регуляторного белка CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductase regulator).

Ученые Пенсильванского университета создали для лечения больных муковисцидозом гибрид двух смертельно опасных вирусов. Вирус иммунодефицита человека хорошо умеет добавлять гены в хромосомы, но не способен проникать в клетки эпителия легких. Поэтому его «переодели» в белковую оболочку вируса геморрагической лихорадки Эбола — редкого, но очень опасного заболевания. Разумеется, ВИЧ при этом надежно обезвредили, а на место удаленных генов вставили ген CFTR. Белковая оболочка Эболы сама по себе, без вирусных генов, тоже не опасна, но зато хорошо умеет соединяться с нужными клетками.

В опытах на мышах и обезьянах после вдыхания аэрозоля из лечебных вирусов более 20% клеток легочного эпителия получили нужный ген. Правда, через несколько месяцев лечение приходится повторять из-за естественного отмирания зараженных (вернее, исцеленных) клеток. Ввести лечебный ген навсегда и во все клетки организма — задача более сложная.

До больных этот метод, если все пойдет гладко, доберется лет через десять, после окончания клинических испытаний, как и сотни других препаратов для генотерапии самых разных заболеваний, причем не только классических наследственных, таких как муковисцидоз. Деятельностью любой клетки управляют гены, и изменение их активности из-за врожденных нарушений, приобретенных мутаций, временного усиления или ослабления синтеза закодированных в них белков является или причиной, или следствием любой болезни. Множество болезней можно вылечить или предупредить, доставив в клетки здоровый ген или заблокировав работу «неправильного», например, с помощью открытых недавно коротких интерферирующих РНК — двойных цепочек из двух десятков нуклеотидов каждая, которые нарушают процесс синтеза определенного белка. Это один из последних и наиболее перспективных методов генотерапии. Статью о нем в журнале Nature Эндрю Файр (Andrew Fire) и Крейг Мелло (Craig Mello) опубликовали в 1998 году, а в 2006 году они получили за свое открытие Нобелевскую премию. Кто знает, может быть, лет через сто даже от насморка будут прописывать не «химию», а капли с лечебными генами?

В медицине уже давно не случалось настоящих революций: все, что происходило после открытия антибиотиков, было неторопливым и равномерным прогрессом. Но возможно, именно методы адресной доставки лекарств (вместе с геномикой, протеомикой и другими новейшими достижениями биологии) через 10—20 лет приведут к радикальным изменениям в лечении болезней.

Интернет-ресурсы

www.cbio.ru — интернет-журнал «Коммерческая биотехнология». Единственный русскоязычный сайт, посвященный биотехнологии в целом

www.molbiol.ru — активный форум и справочный ресурс по молекулярной биологии

www.nature.com/nbt (англ.) — лучший в мире журнал по биотехнологии, публикующий также много сообщений, доступных неспециалистам Александр Чубенко

Дети Ника Боллетьери