Инженерный подход к клеточному старению

Старение инженерными методами

Английский биоинформатик и биогеронтолог Обри ди Грей, автор «Стратегии достижения пренебрежимого старения инженерными методами» (SENS) и президент одноименного фонда, считает доскональные исследования старения напрасной тратой времени, так как биологическая природа все еще слишком сложна для нашего понимания. В то же время он призывает активно вмешиваться в природу человека для обращения старения вспять, используя методы, показавшие свою эффективность.

Рациональное зерно этого подхода подтверждается рядом любопытных фактов из истории медицины. Например, Эдуард Дженнер, прививший оспу в 1796 году и спасший тысячи детских жизней, ничего не знал про устройство иммунитета. Технологии зачастую идут впереди глубокого осмысления их механизмов. По мнению ди Грея, стоит сосредоточиться на том, что мы уже знаем о причинах старения, и найти «инженерные подходы» к их устранению.

Несмотря на то что не все согласны с выделяемыми ди Греем семью причинами старения, а предлагаемые «инженерные методы» пока больше похожи на научную фантастику, нельзя не согласиться с необходимостью каталогизации основных причин старения и создания технологий их устранения.

Рассмотрим причины старения по ди Грею и подходы SENS:

• Гибель клеток и атрофия клеток. Для их устранения предлагается вносить в организм стволовые клетки и факторы роста. Это может привести к увеличению вероятности опухолеобразования, если только мы прежде не научимся с высокой степенью надежности управлять работой стволовых клеток, находящихся в организме.

• Ядерные [эпи] мутации, приводящие к раку. Для борьбы с опухолями ди Грей предлагает тотальное отключение теломеразы, достраивающей концы хромосом. Проблемы с регенерацией, которые наступят в связи с укорочением хромосом, он предлагает решать систематическим введением опять же стволовых клеток.

• Мутантные митохондрии. Митохондрии часто утрачивают важные фрагменты своей ДНК, что приводит к их неспособности образовывать требуемые белки. Поскольку генов в митохондриальной ДНК совсем немного, ди Грей считает необходимым перенести их в более безопасное место – в ядро клетки. Как будут добираться до митохондрий перемещенные белки, не уточняется. Хотя это, по сегодняшним меркам, вполне разрешимая проблема.

• Старение клеток. Сенесцентные (старые) клетки, как нежелательные, подлежат целенаправленному удалению.

• Сшивки внеклеточных белков. Поперечные сшивки белков стенок сосудов и соединительной ткани эластина и коллагена приводят к атеросклерозу, ограничению подвижности суставов. Ди Грей предлагает разрабатывать молекулы и ферменты, разрушающие такие сшивки.Неясно, правда, с какой стороны взяться за эту проблему. Но само направление выглядит перспективным.

• Внеклеточный мусор. Накопление агрегатов амилоида с возрастом является причиной нейродегенераций. SENS предполагает каким-то образом модифицировать иммунные клетки фагоциты и создавать вещества-разрушители бета-слоев. В этом направлении достигнут определенный успех: на стадии клинических испытаний сейчас находится сразу несколько лекарственных средств, предназначенных для устранения амилоида из организма.

• Внутриклеточный мусор. Старческий пигмент липофусцин и окисленный холестерин способствуют деменции и сердечно-сосудистым проблемам. Обри ди Грей обращает внимание, что на кладбищах обитают микробы, способные разлагать человеческие останки, в том числе липофусцин. Он предлагает внедрять ферменты-гидролазы этих микробов в атеросклеротические бляшки и пораженные липофусцином клетки. Неясно, правда, что остановит эти гидролазы от разрушения других липидов клетки и клеточных мембран. Однако само направление поисков является верным: липофусцин необходимо научиться устранять.

Вызывает симпатию тот факт, что Обри ди Грею удалось привлечь к работе над этим масштабным проектом группы ученых из нескольких научных институтов США и других стран. Конференция SENS, которую каждые два года организует его Фонд в Кембриджском университете, позволяет геронтологам всего мира обмениваться последними результатами, идеями и гипотезами, что, безусловно, поддерживает темпы прогресса в биогеронтологии.

Нанотехнологии

Нанотехнологии, как считают, – это технологии, которые изменят наше будущее. Создаваемые устройства будут настолько малы, что они смогут на равных конкурировать со структурами и ферментами наших клеток, смогут адресно доставлять в них лекарства, измерять жизненно важные показатели, высвечивать микроопухоли и травмы, устранять в организме поломки, ведущие к нашему старению.

Уже сейчас отдельные нанотехнологии прорываются на рынок биомедицинских услуг. Прежде всего, это различные наночастицы (липосомы, металлические частицы, фуллерены, полимерные мицеллы), внутрь или на поверхность которых помещают лекарственные препараты, требующие адресной доставки к пораженной ткани, либо адресной доставки сигнала для клинической диагностики.

Адресность достигается за счет присоединения к наночастице специальных антител, узнающих особенности ткани-мишени. На пути их применения пока стоят некоторые трудноразрешимые проблемы. Например, липосомы, попадая в организм, разрушаются нашими иммунными клетками.

Наночастицы из металла или нейлона нарушают микроциркуляцию в тканях (забивают капилляры), вызывают иммунный ответ или оказывают токсическое действие, повреждая структуры клеток. Как альтернатива искусственным наноносителям сейчас разрабатываются способы доставки через специальную обработку в качестве носителей собственных клеток пациента, например клеток крови – эритроцитов и лейкоцитов. Эритроциты заканчивают свою жизнь в селезенке и печени, поэтому могут быть средством адресной доставки в эти органы.

Лейкоциты проникают в очаг воспаления пораженных заболеванием тканей и могут нести лекарства туда.

В ближайшей перспективе нанотехнологии лягут в основу регенеративной наномедицины. Терапевтические вмешательства будут осуществляться при помощи сконструированных методами биоинженерии вирусов, бактерий с искусственной ДНК, несущей полезные свойства. Наноножницы из углеродных нанотрубок будут разрушать амилоид, липофусцин, атеросклеротическую бляшку или тромб.

Имплантируемые устройства с нанопорами с особым сенсорным покрытием позволят вести непрерывный мониторинг состояния нашего здоровья, сигнализируя о серьезных отклонениях от постоянства внутренней среды и сообщая место их возникновения.

В более отдаленной перспективе, когда будут разработаны и внедрены наномоторы, наносенсоры, наноманипуляторы, наноаккумуляторы и даже нанокомпьютеры, возможно будет конструировать нанороботов, которые станут выполнять задачи молекулярной диагностики и лечения непосредственно внутри тканей нашего организма и даже отдельных клеток тела.

Когда-нибудь реализация работы таких устройств будет напоминать кадры из фантастических фильмов: полученные травмы будут заживать как бы сами собой, без какого-либо влияния извне.

Обработка всех этих объемов диагностических данных и результатов мониторинга здоровья в реальном времени вскоре потребует суперкомпьютерных мощностей или даже появления искусственного интеллекта. Уже сейчас лечащий врач не поспевает за потоком новой медицинской информации, выходом новых научных статей, лекарств и технологий.

Суперкомпьютер, имеющий доступ ко всем клиническим случаям, терапевтическим показаниям к применению тех или иных средств лечения, научным публикациям, станет незаменимым помощником врача. Он будет оценивать и сообщать вероятность успеха тех или иных лечебных процедур, по результатам диагностики выявлять причины заболевания и отслеживать успешность лечения.

Как ни банально это звучит, но жизнь – это все, что у нас по-настоящему есть. Ни богатства, ни знания в могиле нам не понадобятся. Поэтому как бы трудно порой ни было, жить – это хорошо. Стремление жить долго и освободить нашу жизнь от болезней старости – естественно и благородно. Если задуматься, многие достижения Человека разумного во все века были нацелены на последовательное устранение причин, сокращающих жизнь, – голода (собирательство, охота, животноводство и растениеводство), переохлаждения (одежда, огонь, жилище), травм, паразитов, инфекций (народное врачевание, классическая медицина).

Со многими бедами мы уже успешно справились, и сегодня на повестку дня выходят новые вызовы – старение-зависимые патологии. Современная медицина пытается бороться с болезнями, которые стали все чаще проявляться в связи с тем, что люди доживают до преклонного возраста, – сердечно-сосудистыми заболеваниями, раком. Успехи пока не
впечатляющие, поскольку без устранения главного фактора риска – старения – мы можем добиться лишь переменного успеха.

Клиническая и биогеронтология, клеточная, регенеративная и наномедицина, генная инженерия, фармакология, кибернетическое протезирование – наиболее перспективные направления медицинской науки, нацеленной на радикальное продление здорового периода жизни людей.

На текущем этапе развития технологий контроля над старением от желающего жить дольше потребуется не только использовать то, что имеется на сегодня, но и отслеживать новинки, точно так же, как мы это делаем в сфере моды или электроники. А новинок будет много, ведь геропротекторы тестируются один за другим. СМИ постепенно включаются в тему контроля над старением, и раздел про медицинские разработки в СМИ нужно регулярно посещать. Однако здесь нас может поджидать опасность – открытия-однодневки, недобросовестные ученые, нечистоплотные коммерсанты. В любой актуальной теме существует такая опасность.