4. Профилактика заболеваний
• Отказ от курения, злоупотребления
алкоголем и т. д.
• Правильное (полноценное!) питание
• Подвижный образ жизни
• Интеллектуально и эмоционально
насыщенная жизнь
• Дети, внуки
• Персонализованная профилактика
5. Неправильное питание,
типичное для России
• Избыточное употребление насыщенных жиров и трансжиров, дефицит
моно- и полиненасыщенных жирных кислот
• Дефицит витаминов:
– аскорбиновой кислоты (С),
– рибофлавина (В2)
– тиамина (В1)
– пиридоксина (В6)
– фолиевой кислоты
– ретинола (А), бета-каротина и др. каротиноидов
– токоферола (Е) и др.
• Дефицит или избыток минеральных веществ:
– кальция
– железа
• Дефицит микроэлементов:
– селена
– йода
– цинка
• Дефицит пищевых волокон
6. Процент лиц с недостаточной
обеспеченностью
(по результатам изучения фактического питания
более, чем 63 тысяч человек)
Дефицит аскорбиновой кислоты
70-100%
(витамина С)
Дефицит витаминов В1,В2,В6
40-80%
и фолиевой кислоты
Дефицит витамина А
40-60%
и бета-каротина
Дефицит селена 80-95%
7. Процент лиц с недостаточной
обеспеченностью селеном
Область/регион % Область/регион %
Карелия 100 Башкортостан 97.0
г. Норильск 100 Мурманская 94.7
Рязанская 100 Свердловская 87.3
г. Москва 100 Челябинская 86.7
Алтайский край 100 Пермская 84.5
Хабаровский 100 Мари-Эл 76.0
край
Архангельская 98.5 … …
Вологодская 98.0 Сахалинская 48.0
В 1994 году Министерство здравоохранения РФ приняло решение об
устранении дефицита селена у жителей России
9. Основные методы
замены органов
• Трансплантация органов
• протезирование,
• регенерация органов,
• клеточная трансплантация и
• выращивание искусственных органов
10. Трансплантация органов
Достоинства:
• Хорошо отработанный метод
Недостатки:
• Острая нехватка донорских органов
• Сложность доставки органа
• Сложность и экстренный характер операции
• Реакция отторжения
• болезнь «трансплантат против хозяина»
• Возможность занесения инфекции
Ксенотрансплантация (пересадка человеку органов животных) не вышла
пока за рамки единичных экспериментов
Перспективы:
• Хорошие в случае создания банков донорских органов
11. Протезирование
Наиболее древний из способов
замены повреждѐнных и потерянных
органов. Протезирование конечностей
было известно ещѐ в Древней Греции и
Древнем Египте (скорее всего – ещѐ
раньше). Примерно тогда же появились
протезы зубов, косметические протезы
глаз и других частей тела.
Механизированные протезы
конечностей известны как минимум с
XIV века.
Современные протезы конечностей
позволяют выполнять точные
манипуляции (протезы рук), бегать и
плавать (протезы ног), частично
восстанавливать слух (кохлеарные
импланты) и зрение (протезы сетчатки),
заменять – по крайней мере, временно -
сердце и почки.
12. Протезы ног
↑ Оскар Писториус, член олимпийской
команды ЮАР (с сайта http://blogga.ru/)
↑
Австралийка Nadya Vessey, потерявшая обе ноги, в костюме-
протезе компании Weta Workshop (Новая Зеландия ).
13. Искусственную руку
"научили" осязанию
Проект Smart Hand («Умная
рука") – это разработка
исследователей из Университета
Лунда в Швеции и Института
прогрессивных исследований св.
Анны в Италии. Благодаря
роботизированному протезу
Робину Экенстаму теперь доступно
чувство осязания для обеих рук.
Smart Hand – довольно
сложное устройство, включающее
четыре мотора и сорок сенсоров.
Это первый протез, который
посылает сигналы обратно в мозг,
позволяя ощущать искусственные
пальцы и руку.
3DNews, 23 октября 2009
14. Протез глаза
51-летний Питер Лэйн, страдающий дегенеративной генетической болезнью
сетчатки глаза из-за чего он был слепым уже два десятилетия, получил
бионический глазной имплант в больнице Royal Eye Hospital в Манчестере.
Теперь он может видеть контуры и очертания мебели, автомобилей, дверные
проемы, читать слова, написанные на экране большими буквами.
NanoNewsNet, 08/02/10
http://www.nanonewsnet.ru/blog/empirv/uspeshnoe-vnedrenie-bionicheskogo-glaznogo-implanta
15. Внутриглазной имплант
Имплант с 1520 микрофото-
диодами (38х40 пикселей)
разработан под руководством
Эберхарта Цреннера (Eberhart
Zrenner) из университета
Тюбингена и возглавляемая им
немецкая компания Retina
Implant. Аппарат прошёл
многолетние клинические
испытания на 11 пациентах с
дегенерацией клеток в сетчатке.
Действенность имплантата отличалась у разных
людей, но большинство оказались в состоянии выделять
яркие объекты в поле зрения.
Перед выходом на рынок имплант пройдёт ещё один
цикл клинических испытаний в Германии, Великобритании
и Италии.
Мембрана, 03.11.10
16. Роботизированные протезы с
подключением к нервной системе
DARPA объявила о программе по
разработке протезов, которые полностью
заменят ампутированные конечности в
плане подвижности, чувствительности и
долговечности. Предполагается подключать
такие протезы напрямую к нервной системе
пациента, что полностью возвратит все
функциональные возможности и "ощущение
руки".
Протез сможет точно интерпретировать
сигналы о температуре, давлении, напряжении "мышц" конечности, выверять точные
движения и прилагаемую силу. Он должен иметь количество отказов на уровне менее
0,1% и срок службы около 70 лет.
В настоящее время оборонное агентство создало научно-исследовательский центр,
который занимается изучением перспективы использования в новых протезах
волоконно-оптических интерфейсов, которые могут вмещать тысячи датчиков в одной
тонкой нити.
CNews, 29 октября 2010
18. Протезирование органов
Достоинства:
• Гибкость
• Хорошо отработанный метод
Недостатки:
• Пока протезы как правило уступают естественным
органам
Перспективы:
• Очень хорошие, но не в ближайшие 10 лет.
19. Регенерация
В нескольких случаях у человека отмечена регенерация кончиков пальцев. В двух
таких случаях использовалась лечебная субстанция MatriStem фирмы ACell,
представляющая собой порошок межклеточного матрикса из внутренней части
мочевого пузыря свиньи
. Эта субстанция с успехом используется для заживления ран и ожогов, однако
случаев регенерации кончиков пальцев зафиксировано только два – не исключено,
что они связаны с какими-то генетическими особенностями пострадавших.
69-летний Ли Спивак После применения
потерял MatriStem палец
сегмент пальца длиной восстановился, включая
около 1.5 см ноготь и папиллярные линии
Фотографии с сайта bbc.co.uk
Регенерации более сложных структур у человека
пока не отмечено.
20. Клеточная трансплантация
Достоинства:
• Относительная простота
• Высокая эффективность в ряде
случаев
Недостатки:
• Собственный орган должен быть в
Поражение сердечной мышци при достаточной сохранности
инфаркте миокарда: зоны • Не очень высокая повторяемость
•некроза результатов
•частичной гибели
•ишемии
• Этические проблемы при
использовании эмбриональных и
фетальных клеток
Перспективы развития:
• Очень хорошие – при условии
сохранности собственного органа.
21. Индуциро-
ванные
плюри-
потентные
стволовые
клетки (iPSC)
– главное
открытие
2008 г.
22. Выращивание
искусственных органов
• Имитация естественного органогенеза
• 3D-литография
• Выращивание органов на искусственном
матриксе
• Выращивание органов на донорском
матриксе
• Ксеногенное выращивание органов
23. Новый зуб из стволовых клеток
Новый зуб японские исследователи выращивали из небольшой группы
клеток, полученной в результате сложных манипуляций со стволовыми
клетками мыши. Соединив внутри капли специального геля два разных вида
стволовых клеток и подвергнув их дополнительной обработке, ученые сначала
получили зародыш будущего зуба.
Далее смесь из клеток двух типов была помещена в лунку, оставшуюся у
мыши на месте ранее удаленного под наркозом резца.
PNAS / gzt.ru
24. Из iPSC выращен сегмент кишечника
Эта «кишка» демонстрировала способность к спонтанным
сокращением и высококоординированную перистальтическую
активность, благодаря которой происходило продвижение ее
содержимого. «Кишка» имеет широкий просвет, окруженный тремя
слоями ткани – эпителием, соединительной тканью и мускулатурой.
Иммунологически были выявлены характерные маркеры
интерстициальных клеток, которые формировали плотную сеть во
внутренней стенке. Также были выявлены нейрофиламенты,
образующие крупные ганглионарные структуры и плотную
нейрональную сеть. Таким образом, «кишка» была сформирована
клетками всех трех зародышевых листков — эндодермы (кишечный
эпителий), мезодермы (гладкая мускулатура и соединительная
ткань) и эктодермы (кишечные нейроны).
Ueda T, et al. Generation of functional gut-like organ from mouse induced pluripotent
stem cells. Biochem Biophys Res Commun. 2009 Nov 4. [Epub ahead of print]
StemCells.ru, 23 ноября 2009 г.
http://www.stemcells.ru/index.php?p=news&newsid=156
25. Выращивание тканей
головного мозга
Ткань мозга из стволовых клеток
Эмбриональные клетки самоорганизовались
в четырѐхслойную нейронную сеть (~7-8
неделя развития эмбриона), в планах – 6
слоѐв (кора взрослого человека)
Y. Sasai и др., Япония
26. Биопринтер
3a
… представила компания Organovo
(G. Forgacs).
Пока устройство может
4a
производить только однородные
ткани, однако даже это может
быть полезно клиникам и
исследовательским институтам.
Так, в компании говорят, что уже в
скором времени планируют создать
5
технологию "печати" искусственной
кожи.
1-4 стадии изготовления
Свой вариант биопринтера
3а, 4а вид под микроскопом разрабатывает компания Tengion
5 ветвящийся сосуд (A. Atala).
06.12.2009
http://cybersecurity.ru/it/83350.html
27. Биопринтер для печати кожи
поверх ожога
Исследователи Института
регенеративной медицины Уэйк-
Форестского университета, создали
"принтер" для лечения
повреждений кожных покровов.
Печатающая головка принтера состоит из
двух отсеков, один из которых обеспечивает
нанесение на зону повреждения смеси клеток
кожи, фибриногена (одного из компонентов
свертывающей системы крови) и коллагена I типа
(основного компонента формирующей рубцы
соединительной ткани), а второй – тромбина (еще одного
компонента системы свертывания). На получающуюся
при этом структуру наносят, также с помощью принтера, слой поверхностных
клеток кожи - кератиноцитов.
Эксперименты на мышах продемонстрировали, что применение нового
метода ускоряет заживление.
CNews.ru, 01.11.10
28. Сборка органов «из кубиков»
Али Кадемхоссейни (Ali Khademhosseini) и его
коллеги из отделения медицинских наук и
технологий Массачусетса-Гарварда (HST)
разработали технологию «микрокладки»
(micromasonry ).
Клетки инкапсулируются
в гель на основе полиэти-
ленгликоля. Из гелевых
кубиков по шаблону
собирается трѐх-мерная
конструкция, которая
скрепляется тем же гелем,
загустевающим на свету.
Размер кубиков – от 0.1
до 0.5 мм.
Мембрана, 14 мая 2010 г.
29. Выращивание на искусственном
матриксе
Искусственный матрикс для костной ткани на основе
наноструктурированного гидроксиапатита. Изображение
Implex Corp.
30. Ещѐ один способ
выращивания зубов
Исследователи медицин-
ского центра Колумбийского
университета, работающие под
руководством профессора
Джереми Мао (Jeremy Mao),
предлагают принципиально
новый метод восстановления
утраченных зубов, который в
будущем позволит в достаточно
короткие сроки
выращивать новые зубы анатомически правильной формы непосредственно во
рту пациента.
В челюстную кость имплантируют каркас, полученный методом трехмерной
печати из биосовместимых полимеров, внутренние каналы которого содержат
специфические факторы роста клеток. Эти факторы привлекают в каркас
собственные стволовые клетки организма и направляют их дифференцировку в
нужном направлении.
Портал «Вечная молодость»
по материалам Columbia University College of Dental Medicine.
31. Челюсть из стволовых клеток
вырастили в животе пациента
Финские ученые пересадили мужчине верхнюю челюсть,
полученную из его собственных стволовых клеток. В
течение девяти месяцев трансплантат выращивали в
животе самого пациента. Для создания челюсти
специалисты из Института регенеративной медицины
при Университете Тампере использовали стволовые
клетки, полученные из жировой ткани 65-летнего
пациента.
32. Мышь с человеческим ухом
на спине
Ухо выращено из хрящевых клеток
на искусственном матриксе
33. Крысиные сердца, далее везде…
На каркас, состоящий из
коллагена нанесли стволовые клетки
другого животного и поместили
будущий орган в инкубатор, пропуская
через него кровь с питательными
веществами и создавая на каждый его
участок давление, имитирующее
условия в грудной клетки.
По мнению руководителя
исследования Дорис Тэйлор (Doris
Taylor) из Университета Миннесоты в
Миннеаполисе, дифференциацию клеток направляли также факторы
роста, оставшиеся "вмонтированными" в соединительнотканный каркас.
Помимо сердца, в лаборатории ведутся аналогичные эксперименты
по созданию гибридных почек, печени, легких, поджелудочной железы,
желчного пузыря и скелетных мышц, а также органов более крупных
животных и человека.
34. Крысам успешно пересадили
выращенную печень…
Работу провела группа специалистов
Массачусетской больницы (Massachusetts
General Hospital) под руководством Коркута
Югуна (Korkut Uygun).
Исследователи удалили печень у пяти
Кровеносные сосуды в искусственной крысиной лабораторных крыс. После этого органы
печени не отличаются от обычной. Изображение с
сайта NewScientist.com
обработали детергентом, очистившим их от
клеток хозяина. Таким образом были получены
каркасы органов
Каждый из пяти полученных каркасов исследователи заполнили примерно
50 миллионами клеток печени, взятых у крыс-реципиентов. В течение двух
недель на каждом из заселенных клетками каркасов сформировалась
полностью функционирующая печень. После чего выращенные в лаборатории
органы были успешно пересажены пяти крысам.
Медновости, 15.06.10
New Scientist, 14.06.10
35. …и (не так успешно) лѐгкие
Отчет об исследовании группы специалистов
под руководством Лауры Никласон (Laura
Niklason) из Йельского университета (Yale
University) опубликован в Science Express.
Каркас из внеклеточного матрикса был
заполнен клетками эпителия легких и внутренней
оболочки кровеносных сосудов, взятых у других
особей. С помощью культивации в биореакторе
Биореактор для выращивания
лѐгкого крысы
исследователям удалось вырастить на каркасе
новые легкие.
Выращенные легкие пересадили нескольким крысам. Орган нормально
функционировал у разных особей от 45 минут до двух часов после
трансплантации. Однако после этого в сосудах легких начали образовываться
тромбы. Кроме того, исследователи зафиксировали утечку небольшого
количества крови в просвет органа. По словам Никласон, указанные процессы
начались из-за дефектов в каркасе легких, а также из-за неполного зарастания
матрикса клетками.
Медновости 25.06.10.
36. Выращена миниатюрная
человеческая печень
Исследователи Уэйк-Форестского университета впервые
создали в лабораторных условия функционирующую
человеческую печень, пока, правда, миниатюрную.
Печень выращена из человеческих незрелых клеток
печени и эндотелиоцитов (клеток выстилки кровеносных
сосудов).
Следующим этапом работы будет имплантация таких
органов животным с целью тестирования их функций в
условиях живого организма. После этого основной задачей
будет выращивание печени, размер которой позволит
трансплантировать ее человеку.
37. Операции
П. Маккиарини
Первая в России уникальная операция по трансплантации трахеи,
выращенной из стволовых клеток пациентки прямо в ее теле прошла в
декабре в Российском научном центре хирургии имени академика Б.В.
Петровского РАМН (г. Москва).
38. Полимерная матрица помогает
стволовым клеткам заменить
повреждѐнную нервную ткань
Команда ученых, возглавляемая
доктором Майком Модо (Mike Modo) из
Institute of Psychiatry, King's College в
Лондоне, в эксперименте на крысах
показала, что в течение всего семи дней
возможно заполнить полость, оставшуюся
в мозге после инсульта, новой тканью.
Исследователи использовали частицы из
биодеградируемого полимера, заселенные
нейральными стволовыми клетками.
Вверху – изображение среза мозга, на котором виден
участок, затронутый инсультом (темная область
справа), где начинает формироваться новая ткань. Внизу
– область, выделенная красным прямоугольником, на
большом увеличении. Черные точки – матрикс нервной
ткани, цветные – de novo образованные клетки.
39. … и ткань мозга из стволовых клеток
Доктор Нин Чжан из
Университета Клемсона (Северная
Каролина, США) создала
гидрогель, инъекции которого
помогают мозгу восстанавливаться
после повреждений.
Гель включает стволовые
клетки и вещества, стимулирующие
их рост и дифференцировку в
нервные клетки и кровеносные
сосуды.
Через восемь недель после
инъекции геля мозг подопытных
крыс заметно восстановился. Нин Чжан уверена, что в ближайшие три года
гидрогель будет испытан на людях.
Компьюлента
40. Ксеногенное выращивание органов
В ходе экспериментов группы T. Kobayashi из
Университета Токио удалось вырастить химерные
организмы, состоящие как из клеток мыши, так и
крысы.
В частности, удалось вырастить мышей с
нормально функционирующей поджелудочной
железой, состоящей из крысиных клеток.
Полученные данные подтверждают
принципиальную возможность нормального
развития межвидовой бластоцисты и
выращивания в ксеногенном
окружении in vivo органа, состоящего из
донорских клеток. Подобным методом,
например, можно будет выращивать
Схема эксперимента (из жрн. Cell)
человеческую поджелудочную железу в свиньях
или других животных подходящего размера.
•Выращивание поджелудочной железы в ксеногенном окружении – StemCells.ru, 25.10.10
•Kobayashi T, et al. Generation of rat pancreas in mouse by interspecific blastocyst injection of pluripotent
stem cells - Cell. 2010 Sep 3;142(5):787-99.
41. Персонализованная медицина:
дешѐвое и быстрое
секвенирование ДНК
Уже множество фирм вступили в гонку за достижение полного
секвенирования индивидуального генома с себестоимостью ~$1000:
•Complete Genomics (Mountain View, California) - $4,400 в 2009 г.
•Halcyon Molecular – обещают достичь $100 за 10 мин.
•Pacific BioSciences (Menlo Park, California)
•Sequenom (San Diego, California)
•Illumina (San Diego, California)
•Life Technologies (Invitrogen Corp. + Applied Biosystems Inc.)
•Intelligent Bio-Systems
•454 Life Sciences (Branford, Connecticut )
•Genome Corp.
•Helicos Bioscience
•ION Torrent Systems
•VisiGen Biotechnologies, Inc.
•…
Для сравнения: проект «Геном человека» занял 13 лет и обошѐлся в $3
млрд.
42. Молекулярная инженерия
• Генная инженерия ex vivo
• Репродуктивная генная
инженерия
• Генная инженерия in vivo
• Инженерия белков
43. Прицельное редактирование ДНК
R.M. Gordley, C.A. Gersbach, T. Gaj, C.F.
Barbas III
Synthesis of programmable
integrases
Комбинация нескольких ДНК-
специфичных цинковых пальцев с
энзимами (интегразами или
рекомбиназами) позволяет без
использования вирусов
вставлять/заменять участки ДНК с
точностью 98% (при увеличении
числа пальцев – до 100%). Также
возможно использование нуклеаз,
метилаз и т. д.
Комплекс ДНК - Цинковые пальцы The Scripps Research Institute
44. Дизайн энзимов ab initio
K.N. Houk, G. Kiss,
F. Schoenebeck, S.A. Johnson,
S. Kim, G. Nosrati
Designing enzymes ab initio
Осуществлено численное
моделирование не
существующего в природе
белка-энзима, способного
разрушать поперечные
сшивки гликозилированных
белков.
UCLA
Ретро-альдолаза
46. Что такое старение?
Старение: нарастающее с возрастом
снижение функциональных возможностей
систем организма,
ведущее к ухудшению качества жизни, росту
заболеваемости, инвалидизации и
смертности.
47. Что такое старение?
Старение: нарастающее с возрастом
снижение функциональных возможностей
систем организма,
ведущее к ухудшению качества жизни, росту
заболеваемости, инвалидизации и
смертности.
• Старение это болезнь?
48. Что такое старение?
Старение: нарастающее с возрастом
снижение функциональных возможностей
систем организма,
ведущее к ухудшению качества жизни, росту
заболеваемости, инвалидизации и
смертности.
• Старение это болезнь?
• (кстати, а что такое болезнь?)
49. Старость наша есть
болезнь, которую нужно
лечить, как всякую
другую.
И. И. Мечников
«Этюды о природе
человека», 1903 г.
52. Первичные механизмы
старения
• Накопление мутаций и эпимутаций в ДНК
(ядерной и митохондриальной)
• Окисление макромолекул свободными
радикалами
• Исчерпание ресурса деления клеток
• Накопление внутри- и внеклеточного
«мусора»
• Разбалансировка регуляции на системном
уровне
• …
57. Обязательно ли старение?
Алеутский окунь - Sebastes aleutianus
(англ. Rougheye rockfish)
Зарегистрированный возраст: 205 лет
58. Можно ли бороться
со старением?
• Нематода C. elegans – ПЖ
увеличена в 7-10 раз
• Мышь Mus musculus – ПЖ
увеличена на 50%
59. Пластичность
продолжительности жизни
• Германия: всего через 10 лет после объединения
ГДР и ФРГ ОПЖ на Востоке Германии практически
сравнялась с таковой на Западе, от которой ранее
значительно отставала1.
• Финляндия: после введения селена в пищевой
рацион населения, количество сердечно-
сосудистых патологий уменьшилось в 2,5 раза,
число онкозаболеваний сократилось в 1,8 раза,
болезней эндокринной системы - на 77%. ОПЖ
значительно возрасла.
1 Вестник Геронтологического общества РАН, №2 (101), февраль 2007 г.
64. Исходное предположение:
• Личность человека представляет из себя
некоторый объѐм информации,
материальным носителем которой
является головной мозг.
65. Основная идея:
• Впереди у человечества неограничено много
времени для прогресса. Рано или поздно
будет достигнуто всѐ, что в принципе
возможно.
• На сегодняшний день мы не знаем
фундаментального принципа, который
запрещал бы восстановление личности по
сохранѐнной конфигурации нейронных сетей.
• Отсюда задача: сохранить эту конфигурацию
до времѐн, когда такое восстановление
станет возможно – или будет доказано, что
это невозможно.
66. Последние достижения в крионике
• Восстановление сокращений сердца крысы после
замораживания in situ
(В. И.Тельпухов, П. В. Щербаков)
• Витрификация эмбриона человека
(G. Fahy)
• Обратимая криоконсервация почки кролика (G.
Fahy)
• Выживание более 90% клеток головного мозга
крысы в экспериментах, имитирующих
крионическое сохранение (Ю. Пичугин)
• Замораживание с обратной пересадкой фрагментов
яичника человека
• Замораживание с обратной пересадкой яичника
овцы, сердца крысы, печени свиньи (A. Arav)
70. Продемонстрировано обратимое
криосохранение целой печени
Израильские учѐные разработали
методику, позволяющую целиком
обратимо замораживать крупные
органы со сложной внутренней
структурой. Технология была
проверена на крысиной и свиной
печени. После разморозки органы
сохраняли более 80%
жизнеспособности.
Ранее эта же группа
продемонстрировала обратимое
сохранение овечьего яичника,
крысиных сердца и печени.
Новость года!
71. Три ключевых вопроса:
1. Возможно ли в принципе обратимо и надолго
заморозить человека (или другое крупное
млекопитающее)?
- Вероятно …
2. Возможно ли сделать это сейчас так, чтобы
реанимировать его с помощью технологий
обозримого будущего?
- Не исключено …
3. Возможно ли будет реанимировать человека,
замороженного с применением реальных
сегодняшних процедур?
- Есть надежда!