Молекулярная хирургия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Молекулярная хирургия — совокупность современных методов коррекции патологических состояний организма посредством изменения фенотипа или функционала клеток при помощи молекулярных агентов, например систем редактирования генома.

История[править | править код]

В 1855 году немецкий врач и ученый Рудольф Вирхов, один из основоположников клеточной теории в биологии и медицине, ввел понятие «целлюлярной патологии»[1], согласно которому любая болезнь может быть сведена к поражению соответствующих клеток. Реализация данного принципа в практической медицине до начала бурного развития молекулярной и клеточной биологии в XX веке была осложнена отсутствием инструментов, специфичных к конкретным клеткам и их функциям.

В настоящее время хирургические принципы, объединяемые понятием «функциональная хирургия», подразумевают выполнение органосохраняющих операций, чаще малоинвазивных и направленных на коррекцию систем организма при сохранении анатомии и восстановлении нормальных функций. В XX веке примерами реализации таких принципов стали лапароскопические техники, робот-ассистированные операции, методы хирургии ускоренной реабилитации (ERAS или Fast Track Surgery) и др. Современная молекулярная биология и биофизика позволяет расширить эти примеры на выполнение функциональных операций и на молекулярном уровне[2].

Сама идея хирургии на молекулярном уровне была впервые выдвинута нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом в 1959 году, в лекции, прочитанной за заседании Американского физического общества, как пример потенциального использования наноразмерных механизмов в медицинских целях: «Вы помещаете такого миниатюрного механического хирурга в артерию, и он проникает к сердцу и обследует его. Он замечает неисправный клапан, подходит к нему и отсекает его микроскальпелем»[3]. В дальнейшем концепция вмешательств на молекулярном и тканевом уровне для изменения фенотипа тканей получила свое инструментальное решение в виде генно-инженерных конструкций.

Термин «молекулярная хирургия» впервые был сформулирован в 1966 году для описания вмешательства в работу клеток на уровне ДНК[4]. Разработанные в последнее время системы редактирования генома (CRISPR/Cas9, TALEN, ZFN) для терапевтических целей позволяют восстанавливать/воссоздавать нормальный клеточный фенотип и, как следствие, нормальный функционал патологически изменённых тканей. В настоящее время проходят испытания системы молекулярной хирургии для лечения кардиомиопатий[5], серповидноклеточной анемии и некоторых онкологических заболеваний[6].

Ферментативная хирургия[править | править код]

Исправление масштабных дефектов тканей является целью другого направления — ферментативной хирургии (англ. enzymatic surgery)[7]. Хотя сегодня ферменты в основном используются для терапии заболеваний органов пищеварения, но использование специфичных систем доставки позволяет выполнять воздействия совершенно иного рода, например масштабные вмешательства по ремоделированию патологически изменённых тканей, в том числе путем доставки металлопротеиназ для разрушения разрастающейся фиброзной ткани. Развитие направления ферментативной хирургии связано не только с тщательным подбором высокоспецифичных средств доставки (клетки, моноклональные антитела, одноцепочечные антитела и их фрагменты), но также и с программируемым выводом и деактивацией токсичных продуктов, и их дальнейшей утилизацией с помощью имеющихся в организме человека систем органов (печень, желудочно-кишечный тракт, почки, легкие, потовые железы). Эффективность и специфичность систем молекулярной и ферментативной хирургии связаны с совершенствованием векторов доставки, а также возможностями по внешнему управлению их активностью. Например, высокоспецифичная доставка к целевым тканям может осуществляться посредством векторов на основе клеток, вирусных систем (AAV, HIV, HSV), РНК-белковых комплексов, бактофекции, а внешнее управление выполняться методами биофотоники и оптогенетики[8].

Перспективы[править | править код]

Использование совокупности кодирующих (ДНК, РНК) и сигнальных (белки и нуклеиновые кислоты) молекул для регуляции функционала организма для редактирования генома и изменения клеточной организации позволяет рассматривать возможность персонализации хирургических вмешательств на основе «омиксных» данных организма пациента (геном, транскриптом, метаболом, эпигеном) для достижения индивидуального физиологического ответа. Подобная высокотехнологичная реализация принципов функциональной молекулярной и ферментативной хирургии в виде систем редактирования генома, тераностических агентов (обеспечивающих как диагностику, так и лечение), представляют собой развитие методического приема «физиологической хирургии» И. П. Павлова (1902)[9] и современного представления о персонализированном подходе к хирургическому лечению пациента.

Примечания[править | править код]

  1. Virchow, R. Cellular-pathologie. // Archiv f. pathol. Anat.. — 1855. — Т. 8, № 1. — С. 3—39. — DOI:10.1007/BF01935312.
  2. Клабуков И. Д., Волчков П. Ю., Люндуп А. В., Дюжева Т. Г. Молекулярная и ферментативная функциональная хирургия будущего. Альманах Института хирургии им. А. В. Вишневского. 2017. № S1. С. 1514—1515.
  3. Feynman, R. P. (1960). There’s plenty of room at the bottom. Engineering and science, 23(5), 22-36.
  4. Denkewalter, R. G., & Tishler, M. (1966). Drug research—whence and whither. In Fortschritte der Arzneimittelforschung/Progress in Drug Research/Progrčs des recherches pharmaceutiques (pp. 11-31). Birkhäuser Basel.
  5. 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.
  6. Ledford, H. (2015). CRISPR, the disruptor. Nature, 522(7554), 20.
  7. 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.
  8. 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
  9. J. P. Pawlow (1902). Die physiologische Chirurgie des Verdauungskanals. Ergebnisse der Physiol., vol. 1, no. 1, pp. 246—284, 1902.

Литература[править | править код]

  • 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.