Молекулярна медицина

Молекулярна хірургія — сукупність сучасних методів корекції патологічних станів організму шляхом зміни фенотипу або функціоналу клітин за допомогою молекулярних агентів, наприклад систем редагування геному, використовуючи нанотехнології.

Історія

У 1855 році німецький лікар і вчений Рудольф Вірхов, один із засновників клітинної теорії у біології і медицині, ввів поняття «целюлярної патології», згідно з яким будь-яка хвороба може бути зведена до поразки відповідних клітин[1]. Реалізація даного принципу у практичній медицині до початку бурхливого розвитку молекулярної і клітинної біології у XX віці була ускладнена відсутністю інструментів, специфічних до конкретних клітин та їхніх функцій.

Хірургічні принципи, що об'єднані поняттям «функціональна хірургія»[2][3], мають на меті виконання органозберігаючих операцій, частіше малоінвазивних, і направлених на корекцію систем організму при збереженні анатомії та відновленні нормальних функцій. У XX столітті прикладами реалізації таких принципів стали лапароскопічні техніки, робот-асистовані операції, методи хірургії прискореної реабілітації (ERAS або Fast Track Surgery)[4] та ін. Сучасна молекулярна біологія та біофізика дозволяє розширити ці приклади на виконання функціональних операцій також на молекулярному рівні[5].

Ідею хірургії на молекулярному рівні вперше висунув у 1959-му році нобелівський лауреат Річард Фейнман у лекції, прочитаній на засіданні Американського фізичного товариства, як приклад потенційного використання нанорозмірних механізмів у медичних цілях: «Ви вводите такого мініатюрного механічного хірурга до артерії, і він проникає до серця і обстежує його. Він помічає несправний клапан, підходить до нього та відсікає його мікроскальпелем»[6]. Надалі концепція втручань на молекулярному і тканинному рівні для зміни фенотипу тканин отримала своє інструментальне рішення у вигляді генно-інженерних конструкцій.

Термін «молекулярна хірургія» вперше був сформульований у 1966 році для опису втручання у роботу клітин на рівні ДНК[7]. Розроблені останнім часом системи редагування геному (CRISPR/Cas9, TALEN, ZFN) для терапевтичних цілей дозволяють відновлювати або відтворювати нормальний клітинний фенотип і, як наслідок, нормальний функціонал патологічно змінених тканин. У теперішню пору проходять випробування системи молекулярної хірургії для лікування кардіоміопатії[8], серпоподібноклітинної анемії та деяких онкологічних захворювань[9].

Ферментативна хірургія

Виправлення масштабних дефектів тканин є ціллю іншого напрямку — ферментативної хірургії (англ. enzymatic surgery)[10]. Хоча сьогодні ферменти в основному використовують для терапії захворювань органів травлення, але використання специфічних систем доставки дозволяє виконувати вплив зовсім іншого роду, наприклад масштабні втручання з ре-моделювання патологічно змінених тканин, у тому числі шляхом доставки металопротеїназ для руйнування фіброзної тканини, що розростається. Розвиток направлення ферментативної хірургії пов'язаний не тільки з ретельним підбором високоспецифічних засобів доставки (клітини, моноклональні антитіла, одноланцюгові антитіла і їхні фрагменти), але також і з програмованим виводом та деактивацією токсичних продуктів, та їхньою подальшою утилізацією з допомогою наявних у організмі людини систем органів (печінка, шлунково-кишковий тракт, нирки, легені, потові залози). Ефективність і специфічність систем молекулярної та ферментативної хірургії пов'язані з вдосконаленням векторів доставки, а також можливостями з зовнішнього управління їхньої активності. Наприклад, високоспецифічна доставка до цільових тканин може здійснюватися за допомогою векторів на основі клітин, вірусних систем (AAV, HIV, HSV), РНК-білкових комплексів, бактофекцій[11]:213, а зовнішнє керування — виконуватися методами біофотоніки і оптогенетики[12].

Перспективи

Використання сукупності кодуючих (ДНК, РНК) та сигнальних (білки і нуклеїнові кислоти) молекул з регуляції функціоналу організму для редагування геному та зміни клітинної організації дозволяє розглядати можливість персоналізації хірургічних втручань на основі «оміксних» даних організму пацієнта (геном, транскриптон, метаболон, епігеном) для досягнення індивідуальної фізіологічної відповіді. Аналогічна високотехнологічна реалізація принципів функціональної молекулярної і ферментативної хірургії, враховуючи системи редагування геному, тераностичних агентів (англ. theranostic agent — які забезпечують як діагностику, так і лікування)[13], представляють собою розвиток методичних прийомів «фізіологічної хірургії» І. П. Павлова (1902) і сучасного представлення про персоналізований підхід до хірургічного лікування пацієнта[14].

Примітки
  1. Virchow, R. . — Т. 8, № 1. — DOI:10.1007/BF01935312.
  2. Клабуков, И. Д.; Волчков, П. Ю.; Люндуп, А. В.; Дюжева, Т. Г. (2017). Молекулярная и ферментативная функциональная хирургия будущего. Альманах Института хирургии им. А.В. Вишневского (рос.) (1). с. 1514–1515. Процитовано 27 квітня 2020.
  3. Foundations for Molecular Surgery (англ.). I.M. Sechenov First Moscow State Medical University. 30 березня 2017. Процитовано 27.04.2020.
  4. Jie Ding, Benlong Sun, Peng Song, Song Liu, Hong Chen, Min Feng (2017 Jun 20). The application of enhanced recovery after surgery (ERAS)/fast-track surgery in gastrectomy for gastric cancer: a systematic review and meta-analysis (англ.). Процитовано 27.04.2020.
  5. Клабуков І. Д., Волчков П. ЗАГИНУ., Люндуп А. У., Дюжева Т. Г. Молекулярна і ферментативна функциональна хірургія майбутнього. Альманах Інституту хірургії ім. А. У. Вишневського. 2017. № S1. З. 1514—1515.
  6. Feynman, R. P. (1960). There’s plenty of room at the bottom. Engineering and science (англ.) 23 (5): 22–36.
  7. Denkewalter, R. G., & Tishler, M. (1966). Drug research—whence and whither. In Fortschritte der Arzneimittelforschung/Progress in Drug Research/Progrès des recherches pharmaceutiques (pp. 11-31). Birkhäuser Basel.
  8. Im, W., Moon, J., & Kim, M. (2016). Applications of CRISPR/Cas9 for Gene Editing in Hereditary Movement Disorders. Journal of Movement Disorders, 9(3), 136.
  9. Ledford, H. (2015). CRISPR, the disruptor. Nature, 522(7554), 20.
  10. Paterson, M. C., Bech-Hansen, N. T., & Smith, P. J. (1981). Heritable radiosensitive and DNA repair-deficient disorders in man. In Chromosome damage and repair (pp. 335—354). Springer US.
  11. Вячеслав Тарантул (24 січня 2018). Толковый словарь по молекулярной и клеточной биотехнологии. Русско-английский. ЛитРес. ISBN 978-5-04-099417-5.
  12. Wu, X., Zhang, Y., Takle, K., Bilsel, O., Li, Z., Lee, H., … & Chan, E. M. (2016). Dye-sensitized core/active shell upconversion nanoparticles for optogenetics and bioimaging applications. ACS nano, 10(1), 1060—1066. doi:10.1021/acsnano.5b06383
  13. Xie, Jin; Lee, Seulki; Chen, Xiaoyuan (30 серпня 2010). Nanoparticle-based theranostic agents. Advanced drug delivery reviews 62 (11). с. 1064–1079. ISSN 0169-409X. PMC 2988080. PMID 20691229. doi:10.1016/j.addr.2010.07.009. Процитовано 27 квітня 2020.
  14. J. P. Pawlow (1902). Die physiologische Chirurgie des Verdauungskanals. Ergebnisse der Physiol., vol. 1, no. 1, pp. 246—284, 1902.


Література
  • Doherty, R. (2006). 'Molecular surgery in the treatment of rheumatoid arthritis. Nature Reviews. Rheumatology, 2(2), 61. doi: 10.1038/ncprheum0078
  • Roth, J. A. (1992). Molecular surgery for cancer. Archives of Surgery, 127(11), 1298—1302. doi: 10.1001/archsurg.1992.01420110040010
  • Stone, R. (1992). Molecular 'surgery' for brain tumors. Science, 256(5063), 1513—1514. doi: 10.1126/science.1317967
  • Hobom, B. (1980). [With the scalpels of gene surgery against disease and hunger]. Therapie der Gegenwart, 119(2), 125—138.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.