Генетика, техника, оптика: пять новейших способов борьбы с болезнями

Тук-тук, Нео: цифровая таблетка от безумия

Уже в этом году в продажу поступит инновационный препарат Abilify MyCite — это электронная таблетка, которая позволит отслеживать график приема лекарств у пациентов со сниженной волей. Совместная разработка японской компании Otsuka Pharmaceutical и американской фирмы Proteus Digital Health предназначена для людей с шизофренией, биполярным расстройством, различными видами депрессии и другими психическими расстройствами. Каждая таблетка антипсихотического средства содержит активное вещество арипипразол и чип-сенсор. Когда лекарство растворяется в желудке, сенсор окисляется и посылает сигнал на датчик, прикрепленный пластырем к телу пациента.

Данные о дозе арипипразола и о том, когда он был принят, отправляются с датчика на смартфоны тех, кто контролирует график приема таблеток: пациент выберет четырех человек, которые установят приложение и будут получать эту информацию. Врач, родные и друзья смогут помочь пациенту лечиться: если сигнал не приходит вовремя, они позвонят ему и напомнят, что пора принимать лекарство. Сенсор очень мал по размеру, безвреден и выводится естественным путем.

Выпуск Abilify MyCite вызвал много этических споров, но Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов FDA одобрило «умную таблетку» в ноябре 2017 года. Технологию планируется использовать при лечении вируса иммунодефицита человека и сенильной деменции. По данным ВОЗ, сейчас синдром старческого слабоумия наблюдается более чем у 50 миллионов человек в мире, но регулярный прием антипсихотических препаратов может облегчить симптомы, а вместе с ними и жизнь родственников больного. Ведь человек с тяжелой деменцией не узнает родных, не следит за собой и может быть крайне агрессивен, а с легкой — плохо запоминает новые данные и путается во времени и пространстве, что в сравнении с другими симптомами более терпимо и для самого пациента, и для окружающих.

Раздельный сбор мусора: ДНК против ВИЧ

Поиск способа победы над вирусом иммунодефицита в ДНК с помощью нее самой начался в 2003 году, когда американский Национальный институт исследований генома человека NHGRI организовал международный исследовательский консорциум ENCODE (The Encyclopedia of DNA Elements). Ранее считалось, что на долю 20 тысяч белок-кодирующих генов приходится только 1,5 % генома, а остальная часть — это «мусорная ДНК», но участники ENCODE выяснили, что в «мусоре» может скрываться решение одной из величайших медицинских задач современности — излечения вируса иммунодефицита.

При изучении ДНК исследователи ENCODE обнаружили участки, принадлежавшие древним вирусам, — они встроились в геном, чтобы производить себе подобных и вызывать болезнь, а затем по непонятным причинам прекратили активность, оставшись замурованными в ДНК. Сейчас точно так же себя ведут онковирусы и вирус иммунодефицита человека: если понять, почему их древние предшественники перестали реплицироваться, можно победить ВИЧ, лимфому Беркитта, саркому Капоши, лимфогранулематоз, карциному печени и другие болезни, вызванные ДНК-содержащими онковирусами. Пока же матрица этих вирусов неотделима от «мусорной ДНК» и задача ученых — найти безопасный способ ее ликвидации без уничтожения молекулы.

Метод вакцинирования в качестве оружия в борьбе с ВИЧ не подходит из-за высочайшей вариабельности этого вируса и особой организации генома. Как только иммунная система настраивается на тот антигенный портрет вируса, что циркулирует сейчас, и подавляет его преимущество, она получает новый вариант того же возбудителя. Сейчас копии ВИЧ, производимые матрицей, подавляют с помощью антиретровирусной терапии, но надежда на победу над вирусной матрицей есть.

В 2015 году врачи перевели болезнь из разряда смертельных в хронические за счет использования значительного спектра препаратов, сдерживающих репродукцию вируса в пределах, позволяющих длительное существование инфицированного человека. В 2016 году ученые из Дрезденского технического университета создали средство Brec1, которое ликвидировало у мышей ВИЧ-1 — более заразный и распространенный штамм, чем ВИЧ-2. Данных об успешных испытаниях на людях пока нет, но основная опасность заключается в том, что ВИЧ — это ретровирус с длительным периодом инкубации: чем дольше возбудитель болезни находится в ДНК, тем меньше шансов его победить, а на терминальной стадии, при СПИДе, больного может убить даже банальный насморк.

Надел, увидел, измерил: линза от гипергликемии

Как известно, при сахарном диабете первого типа ежедневный мониторинг уровня глюкозы жизненно важен, а уколы и анализы неизбежны. До изобретения инсулиновой помпы, которая и проверяет уровень глюкозы, и вводит инсулин, альтернативы уколам и тест-полоскам не было вообще, но не так давно появилось еще одно средство для контроля состояния больных диабетом. Южнокорейские ученые из Национального института науки и технологии Ульсан (UNIST) создали «умные линзы», учтя опыт коллег из компании Verily, разработавших предыдущую версию.

Линзы Verily обладали слишком крупными электронными компонентами, а в южнокорейских все электронные элементы равномерно распределены так, чтобы не закрывать поле зрения. Роговицу защищает слой полимера, под которым расположен сверхтонкий датчик: он не причиняет никакого дискомфорта, что доказали успешные испытания на кроликах, глаза которых по размеру близки к человеческим. Принцип работы «умных линз» основан на окислении глюкозы в слезах под воздействием содержащегося в датчике фермента глюкозооксидазы: если все в норме, светодиоды в линзе будут работать, но при повышении уровня сахара они погаснут, и пациент поймет, что пора сделать укол инсулина. Возможно, линзы пригодятся и в лечении вирусных болезней — для этого нужно будет заменить фермент в датчике на тот, что соответствует болезни.

К идее «умных линз» для больных диабетом пришли не только в Южной Корее — о подобной разработке сообщал и официальный блог Google, когда ученые из лаборатории Google X во главе с доцентом кафедры электротехники Вашингтонского университета и основателем проекта Google Glass Бабаком Парвизом создали линзу с датчиком ежесекундного мониторинга. Клинические исследования прошли успешно, а пока продукт адаптируют для выхода на рынок, в Google X идет работа и над другими проектами. Например, смарт-очками, которые позволят людям с остаточным зрением трансформировать свет и движение в визуальные образы и текст. Этим проектом заведует Стивен Хикс из Оксфордского университета.

Опиум для народа: вакцина от героина

Заместительная метадоновая терапия запрещена в России, а в странах, где она еще применяется, дорога и не всегда эффективна в силу того, что на фоне многодневной абстиненции желание наркоманов вылечиться зачастую невелико или вообще отсутствует. Универсального «укола от ломки» пока не придумали, но тем не менее уже существует способ облегчить страдания людей, решивших отказаться от употребления опиатов. Исследователи Научно-исследовательского института Скриппса создали вакцину, которая на восемь месяцев блокирует химические вещества, заставляя иммунную систему атаковать молекулы героина и сверхсильного синтетического опиоида фентанила.

Похожие по структуре на эндорфины, они легко минуют барьер между кровеносной системой и ЦНС, воздействуют на μ-опиоидные рецепторы в головном и спинном мозге и других органах и вызывают состояние эйфории. Появляется психическая, а затем и физическая зависимость: при длительном употреблении μ-рецепторы отмирают, а организм становится резистентным к опиоиду, требуя для эйфории все большую и большую дозу наркотика.

Вакцина ученых Института Скриппса даст наркозависимым иммунитет на восемь месяцев, а главное достижение в том, что с введением препарата будет разрушена психологическая зависимость: пациент не только не почувствует привычной эйфории при приеме героина, но и будет защищен от передозировки. Чтобы создать вакцину, молекулу героина соединили с белком-носителем и адъювантом, повышающим ее эффективность. Из двадцати вариантов была выбрана наилучшая с точки зрения эффективности и стабильности комбинация — столбнячный анатоксин и алюминиевые квасцы. Препарат сохраняет свойства в течение 30 дней — это позволяет перевозить его и тестировать на людях, а испытания на мышах и макаках-резусах уже завершились успехом.

Антигероиновая вакцина создается и в России: в прошлом году исследователи Национального научного центра наркологии объявили об успешных испытаниях препарата, который не пропускает наркотик к центральной нервной системе за счет выработки антител, как и американский аналог. Исследователи заявили, что вакцина будет действовать в течение года, но пока она вызывает больше споров, чем одобрения, как это было и с «умной таблеткой» от шизофрении. Еще один нюанс — в том, что лечение зависимости от морфина, героина, дезоморфина и других препаратов опийной группы осложняют сами пациенты: наркоманы зачастую так тяжело переносят детоксикацию длиной в 20-40 дней, что срываются только ради прекращения мучений.

Редактура рака: генное перепрограммирование клеток

Вакцинирование поможет и наркозависимым, и онкобольным: уже есть свидетельства того, что медикаментозное излечение рака и его профилактика возможны. В начале марта авторитетный портал MedicalXpress сообщил, что ученые из Университета Мичигана соединили частицы Qβ (кристаллические бактериофаги кишечной палочки Escherichia coli) с углеводными антигенами ТАСА (tumor-associated carbohydrate antigens), которые провоцируют рост метастазов. Получившаяся вакцина может замедлить рост раковых опухолей и препятствовать образованию новых очагов болезни. Так это или нет, покажут опыты на собаках с остеосаркомой, которой болеют и люди, а в случае успеха продвинется вперед и ветеринарная медицина.

Шансы на положительный исход испытаний велики: основанная на Т-лимфоцитах генная терапия уже существует. В августе 2017 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов FDA одобрило препарат Kymriah от американской компании Novartis, который помог десяткам людей вылечить лимфому. В эксперименте у 81 пациента из разных стран забрали Т-лимфоциты, перепрограммировали их в лаборатории и снова ввели онкобольным. Триггером для лимфоцитов стал белок раковых опухолей CD19: Т-клетки нападали на метастазы, уничтожая их, и 73% пациентов из фокус-группы за полгода излечились от рецидивирующей диффузной B-крупноклеточной лимфомы — это очень значимый успех.

Успешными оказались и тесты по применению генной терапии в лечении фолликулярной лимфомы (71% выздоровевших) и лейкемии — в последнем случае препарат делают индивидуально и каждый перепрограммированный лимфоцит может убить сто тысяч онкоклеток. Медикаментозная профилактика рака тоже возможна: доказано, что ВПЧ-вакцина Gardasil 9 от компании Merck & Co, которая лицензирована более чем в 60 странах мира, может защитить от девяти генотипов вируса папилломы человека и онкозаболеваний половых органов в 97,4% случаев.

Еще одна новейшая разработка — одобренный FDA препарат Keytruda для лечения опухолей, связанных с отдельными биомаркерами: его активное вещество пембролизумаб воздействует на очаги болезни более чем в 10 частях тела. Все это делает лечение рака более универсальным, но пока — непозволительно дорогим для многих пациентов: так, в апреле зарубежные СМИ сообщили, что годовой курс препарата Kymriah стоит 475 тысяч долларов.

Со скоростью света: ультрафиолет против гриппа

Ультрафиолетовое излучение ускоряет химические и биологические процессы, что активно используется в медицине уже давно, но в феврале 2018 года стало известно, что ультрафиолетовое излучение можно безопасно применять и для борьбы с вирусными инфекциями. Лучи «длинной» части коротковолнового диапазона (far-UVC с длиной волны 207 нанометров), проникая в верхние слои кожи, успешно инактивируют действие вирусов — и не оказывают канцерогенного эффекта, как считалось вплоть до прошлого года. Ученые Медицинского центра Колумбийского университета доказали, что излучение far-UVC можно эффективно применять в борьбе со штаммами А (H3N2) и B/Yamagata, которые этой зимой оказались сильнее вакцин и подняли волну заболеваемости гриппом в Европе.

Исследователи центра утверждают, что лучи far-UVC так же эффективны, как бактерицидные ультрафиолетовые лампы, но, в отличие от них, безопасны — это подтвердили успешные исследования. Штамм вируса H1N1 облучили лампой с длиной волны 253,7 нанометра и УФ-лучами длиной 222 нанометра, при этом far-UVC уничтожили вирус гриппа без «побочных» мутагенных эффектов. Авторы исследования полагают, что человечество должно использовать все возможности нового инструмента в борьбе с гриппом: он действует на все штаммы, а значит, безвредное ультрафиолетовое облучение мест массового скопления людей во время эпидемии может существенно уменьшить распространение вирусов.

Грипп — вовсе не тяжелая разновидность простуды, как считают многие: этот смертельно опасный вирус, который может поразить кого угодно, каждый год приводит к трем-пяти миллионам случаев заражения и 250-500 тысячам случаев смерти во всем мире. Люди находят все новые способы борьбы с инфекционными агентами, и это дает надежду на победу над ними — хотя бы временную, как в ситуации со вспышкой лихорадки Эбола в Центральной и Западной Африке в 2014 году.

Вирусы мутируют, и нет никакой гарантии, что человечество сможет победить грипп так же, как натуральную оспу, которая в Средневековье выкашивала целые города и народы. Каковы шансы людей в битве с невидимыми убийцами, расскажет новый проект Discovery Channel, посвященный трем опаснейшим вирусам — оспы, гриппа и Эболы. В программе «Вирусы» вы узнаете, чему научились люди, воюя с инфекционными агентами, какую роль вирусы сыграли в развитии цивилизации — и какую еще могут сыграть.

Смотрите программу «Вирусы» с 16 мая по средам в 22:00 на Discovery Channel.