Как «ниндзя полимеры» воюют с супербактериями

В блокбастере «Blade Runner» Ридли Скотта человечество использовало биоинженерию для создания расы репликантов, которые выглядят, действуют и говорят, как люди, но сделаны полностью из синтетического материала. Возможно, мы далеки от осознания этого научно-фантастического будущего, но синтетика начинает оказывать глубокое влияние на медицину.

В современных лабораториях в Гонконге ученые из канадской компании Novoheart используют стволовые клетки для создания искусственных сердец, которые компания называет «сердца в банке».

Из 2,5 мл вашей крови профессор Рональд Ли и его команда способны создавать стволовые клетки, которые затем могут быть превращены в миниатюрную «клонированную» версию вашего сердца, которая бьется, как ваше сердце, и реагируют на новые лекарства, как ваше сердце. Процесс занимает полгода.

Профессор Ли считает, что технология может ускорить производство жизненно важных новых лекарств, потому что потенциальные побочные эффекты могут быть замечены до достижения дорогостоящей стадии клинического испытания.

«Разработка лекарств - это, как известно, длительный, дорогостоящий и неэффективный процесс, который, стоит $2-3 млрд и занимает более 10 лет», - говорит он. «Значительный бизнес-риск привел к истощению потока новых препаратов, находящихся в стадии опытной разработки. Стволовые клетки для производства искусственных клонированных органов, созданных из собственной крови пациента, могут в конечном итоге стать будущим для медицинской трансплантации», - говорит профессор Ли. «Ткани и органы, полученные из стволовых клеток, уже не просто научная фантастика».

Помимо создания «сердец в банке», биотехнологические компании также «печатают» живые ткани, используя специализированные 3D-принтеры. Эту ткань можно использовать для того чтобы произвести кожу для трансплантатов или хрящевину для соединений.

Методы биопечати различаются, но основной принцип заключается в использовании генетического материала или «био чернил».

Специалист по биопечати Aspect Biosystems недавно создал в  партнерстве с Johnson&Johnson для разработки 3D-печати ткани мениска колена - тонкого волокнистого хряща внутри суставов.

«В ближайшие 10-15 лет, я думаю, мы увидим первую клеточную биопечать 3D-тканей, одобренную для использования в качестве имплантируемых тканей», - говорит Тамер Мохамед, главный исполнительный директор Aspect Biosystems.

Также, как хрящевина и органы, синтетические добавления к нашим телам могут включать «наноботов» - малюсенькие био-машины в потоках крови, которые могут искать раковые клетки и бактерии для того чтобы убить их.

Ученые Arizona State University (ASU) в сотрудничестве с исследователями из National Centre for Nanoscience and Technology недавно запрограммировали наноботов на сокращение опухолей путем прекращения их кровоснабжения.

В отличие от машинных роботов, изготовленных из механических частей, эти наноботы были разработаны с использованием «ДНК-оригами», техники, включающей ДНК, складывающуюся в формы. Каждый из них был сделан из плоского прямоугольного листа ДНК-оригами, 90 нанометров на 60 нанометров (нанометр составляет миллиардную часть метра). К их поверхности будет прикреплен фермент свертывания крови, называемый тромбином.

В первом тесте на млекопитающих команда вводила раковые клетки в мышь, чтобы создать опухоль, а затем вводила наноботы. Они начинали работать в течение нескольких часов, блокируя, кровоснабжение опухоли и сокращая ее размер после двухнедельного курса лечения.

Хао Ян, директор Центра молекулярного дизайна ASU, говорит, что следующим шагом будет проведение человеческого исследования, которое должно состояться в ближайшие три-пять лет.

«Этот результат представляет собой только начальные этапы нано-медицины, - говорит он, и мы особенно рады, потому что эта технология является стратегией, которая может быть использована для многих типов рака, так как все твердые опухолевые кровеносные сосуды по существу одинаковы».

Синтетика также может быть задействована в борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам, когда антибиотики становятся неэффективными против новых штаммов «супербактерии».

Эти супербактерии убивают около 700 000 человек в год по всему миру, говорится в обзоре по устойчивости к противомикробным препаратам. Согласно информации в обзоре, к 2050 году 10 миллионов человек могут ежегодно умирать, если существующие антибиотики будут продолжать терять свою эффективность.

Шаг вперед «нинзя-полимеры» - синтетические бактерии-убийцы.

Ученые из IBM Research Almaden в Калифорнии, работая с Сингапурским Институтом биоинженерии и нанотехнологий, разработали синтетический молекулярный полимер, предназначенный для уничтожения пяти смертоносных типов бактерий с множественной лекарственной устойчивостью.

Полимер работает путем связывания бактерии, преобразуя жидкость, внутри них в твердый материал.

Самое главное, это происходит так быстро, что бактерии не успевают размножаться.

Команда протестировала полимеры на мышах, инфицированных пятью трудно поддающимися лечению бактериями. Результаты показали, что бактерии были уничтожены.

Один из исследователей доктор Джеймс Хедрик, говорит, что команда также разрабатывает технологию для терапии рака с гораздо меньшим количеством побочных эффектов.

«В каждом случае терапевты очень избирательны», - говорит он. «Кроме того, каждая из этих макромолекулярных терапий предполагает разложение на безобидные побочные продукты, которые легко выводятся из организма».

Д-р Берталан Меско, директор Института медицинского футуризма, говорит, что медицина слишком долго отстает в технологическом аспекте.

«В то время, как многие сферы вошли в 21-й век, здравоохранение - нет. Миллионы пациентов находятся в очереди на трансплантацию; клинические испытания, которые выводят новые лекарства на рынок, иногда занимают десятилетие и стоят миллиарды долларов. Достижения нацелены на настройку лечения на генетический и молекулярный фон человека», - говорит д-р Меско. «Компании, разрабатывающие цифровые технологии здравоохранения, не только переводят здравоохранение в 21-й век, но и делают пациентов точкой обслуживания».