66365 (Теоретичні основи генно-модифікованих продуктів), страница 9

3.1 БІОМАТЕРІАЛИ

Протези та штучні пристрої для заміни пошкоджених частин тіла або компенсації їх дисфункції виготовляються з полімерів (поліефірів, силіконів, метілполіметакріламіду, поліетілену), сплавів металів (нержавіючої сталі, сплавів хрому, кобальту і молібдену, титану та титанових сплавів), кераміки (глинозему, склокераміки) та композитних матеріалів (вуглець вуглецевих, полімерно-графітних або скляних волокон). Реакція тканини на контакт з цими матеріалами може викликати необхідність видалення протез. Щоб уникнути подібних небажаних реакцій або суттєво їх знизити, вчені розробили матеріали нового типу - біоматеріали.

Ці біосумісні матеріали призначені для "роботи в умовах біологічної напруги" і тому пристосовані для багатьох цілей. У області серцевої та артеріальної хірургії дослідження біоматеріалів спрямовані на розробку нових засобів, які надають антикоагулянтних властивостей поверхні полімерів, таких, як полістирен, поліетилен та полісахариди. Для цього використовуються сполуки, здатні, подібно гепарину, перешкоджати скипанню крові. Для попередження серцевих нападів у якості венцевих мостиків можуть бути використані трубки дуже малого діаметру, виготовлені з таких полімерів.

Використання сплавів металів для протезування суглобів дуже ускладнено, поскільки за своїми механічним властивостям вони дуже відрізняються від кісток. Кераміка і особливо кальцинований глинозем мають відмінну біосумісність, вони дуже стійкі до зношування, але легко ламаються. Такі біоматеріали, як похідні фосфату кальцію та гідроксіапатіти, зі структурою, подібною до структури кістки, можуть заселятися клітинами кісткової тканини завдяки своїй пористості та хімічній подібності до кісткової тканини. З 1974 р. виробляються складні суміші, до складу яких входять гідроксиапатити, фосфоалюмінати кальцію та фторапатити. Помітна роль у створенні замінників сухожиль та зв'язок буде належати волокнам, виготовленим з вуглець-вуглецевих сумішей, та пластинкам різної жорсткості, одержаним з вуглець-вуглецевих та епоксивуглецевих сумішей, а також полімерно-вуглецевим волокнам, що підлягають біодеградації. Використання полімерів, що підлягають біодеградації, наприклад, сополімерів гліколової та молочної кислот, дозволить уникнути повторних операцій для видалення пластинок, встановлених під час першої операції.

Нові біоматеріали знайшли також застосування у виробництві тонких та гнучких контактних лінз; їх виготовляють з макромолекулярних гелів, вміст води в яких складає більше 80%, це забезпечує достатню дифузію кисню та двоокису вуглецю.

Подальший прогрес в цій галузі дозволить розширити сферу застосування таких лінз, покращити корекцію зору і навіть відмовитись від введення штучних кришталиків хворим після хірургічного лікування катаракти.

Замінники крові є предметом активних досліджень в США та Західній Європі: розробляються "штучні клітини", які складаються з гемоглобіну, зануреного в мікроскопічні гранули із синтетичних полімерів; фторвуглецеві сполуки, що транспортують кисень; у якості замінників сироватки використовуються декстрани та желатіни. Однак ці речовини не завжди добре переносяться, тому можуть бути, синтезовані розчинні полімери, які легко підлягають біодеградації, наприклад, сополімери гліколевої та молочної кислот, які використовуються замість кетгуту для внутрішніх швів при хірургічних операціях.

Для всіх подібних досліджень біоматеріалів вкрай необхідна співпраця спеціалістів та техніків, які працюють в різних областях; методи генетичної інженерії та біотехнологічні процеси можуть привести до значного прогресу в цій важливій області, яка має економічний, соціальний та етичний аспекти. Ці роботи є складовою частиною досліджень та досягнень, які започаткували медицинську та біологічну інженерію, необхідну технологічну основу подальшого прогресу в області медицини.

Ці різноманітні прикладні праці відіграють суттєву роль в медицині майбутнього, яка буде не просто "мистецтвом" діагностики та лікування захворювань; вже тепер її орієнтація все більш зміщується на попередженні захворювань на основі результатів біологічних досліджень, які виявляють причини та розвиток хвороб.

Відкриття широкого спектру речовин з терапевтичною і дуже точною дією, присутніх в нормі в організмі, таких як антидепресанти, ендорфіни, гормони і продукти імунної системи, поклало шлях до створення "природної" терапії, при якій ці нативні речовини з організму людини будуть компенсувати фізіологічні дефекти, що спричиняють більшість патологічних станів. Ця природна терапія відрізняється від терапії на основі рослинних речовин, частина яких високотоксична. Вона полягає у введенні та стимуляції або, навпаки, пригніченні гормонів, ферментів, хімічних медіаторів, необхідних для функціонування організму, дефекти і порушення рівноваги в якому є причиною патологічних станів та більшості хвороб. Ось чому методи генетичної інженерії покликані зробити вагомий внесок в розвиток медицини, полегшуючи синтез в клітинах мікроорганізмів або в культурі клітин таких гормонів, медіаторів та факторів, які відповідають за природні засоби захисту організму. Таким чином, відпадає необхідність у складному да дорогому хімічному синтезі цих сполук.

3.2 ГЕНЕТИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ В ЕПІДЕМІОЛОГІЇ

Дж. Сіла, англійський вчений, який одним з перших припустив вірусне походження СНІДу (1984), стверджує, що це не просто епідемія, а пандемія, яка може найближчим часом (через 20—ЗО років) знищити 50% населення земної кулі.

Першими, хто встановив і виділив вірус СНІДу, були французькі та американські вчені. Це РНК- вмісний вірус, який своєю морфологією, структурою геному й деякими іншими ознаками подібний до ретровірусів, підродина лентивірусів (патогенний вірус вісна овець) та належить до родини лімфотропних ретровірусів. Зазначені патогени спричинюють імунодепресивні та неопластичні захворювання людини і тварини після тривалої лактації як екзогенні віруси, що уражують зрілі Т-лімфоцити .

За даними Жданова (1987), до підродини лентивірусів належать патогени імунодефіциту людини, мавпи, вірус інфекційної анемії коней, вірус вісна овець, вірус артриту, енцефаліту кіз. Це так звані повільні інфекції, що й зумовило назву лентивірусів. Інкубаційний період у них триває місяцями й роками, і тому ця хвороба має перебіг, подібний до хронічної.

Геном вірусу ВІЛ (вірус імунодефіциту людини) за своєю структурою складніший геному будь-якого з відомих ретровірусів.

Геном вірусу СНІД близький до структури HTLV—1 HTLV-II і вміщує додатково, як мінімум чотири гени tat — (трансактивуючий ген) — виконує подвійну функцію: регулює транскрипцію вірусних генів — утворення матричної РНК і впливає на синтез вірусних протеїнів. Аrt — контролює рівновагу між різними мРНК при їх синтезі. Функції генів short ореn reading frame 3'ort (З'ореn reading frame) ще не визначені. Гени tat та аrt є преривними, а за ними розташований ще один ген — З'orf. Допоміжні гени підвищують активність вірусу СНІД, підсилюють діяльність генів у багато разів та прискорюють розповсюдження хвороби.

За даними Сепашвілі (1988), гени можуть кодувати один або кілька білків і в останньому випадку спочатку синтезують поліпротеїни-попередники, потім з них протеазами нарізають кінцеві продукти — білки, які далі підлягають глікозуванню та фосфорилуванню.

Лімфоцити — основні клітинні форми імунної системи, які забезпечують захист гомеостазу організму від чужорідних антигенів. Залежно від місця дозрівання вони поділяються на Т- і В-лімфоцити. В свою чергу розрізняють три різновидності Т-лімфоцитів. Це Т-кіллери ("вбивці"), які руйнують чужорідні клітини; Т-супрессори або Т 8 клітини, функція яких пов'язана з блокуванням антитілоутворення В-лімфоцитами та пригніченням реакцій клітинного імунітету; Т-хелпери, Т 4 клітини, які продукують медіатори клітинного імунітету, стимулюють реакції імунітету і сприяють становленню гуморального імунітету.

Як встановлено, Т-хелпери відіграють найважливішу роль у регуляції активності всіх елементів імунної системи. Роль пускового механізму в патогенезі захворіння відіграє цитопатична дія ВІЛ та Т-хелпери (наприклад, ЦНС травного каналу, очей).

У розвитку СНІДу важливе значення мають генетичн: фактори, один з яких — групоспецифічний компонент (ГСК] або фактор, який зв'язує вітамін Б та являє собою білок з трьома загальними поширеними алелями — 1Р; 1; 2. СНІД не розвивається при наявності ГСК-2 в гомозиготному стані. Вважають що ГСК-2 є можливим показником захисту проти розвитку СНІДу, тоді коли наявність ГСК-1Р вказує на схильність до цього захворювання.

Зріла вірусна частинка ВІЛ в середньому досягає в діаметрі від 100 до 120 нм. Геном вірусу являє собою двоспіральну РНК. До її складу входить понад 9500 пар простих хімічних сполук. Крім того, серцевина вірусних частинок (віріонів) містить три білки з молекулярною масою 24кД(Р24), 18кД(Р18), 1ЗкД(Р1З). До складу віріону входить ще два білки: Р18 (розташований безпосередньо під зовнішньою оболонкою серцевини), та Р24, які формують футляр для вірусної РНК і ферменту — зворотньої транскриптази. Зовні віріон покритий ліпідною мембраною, яка складається з двох шарів пронизаних глікопротеїнами.

У наукових працях Фролова (1989), Сепіашвілі (1988), Ритік, Коломієць, Коломієць (1988) детально описано фізико-хімічні властивості ВІЛу, його терапія. Разом з цим встановлено, що ВІЛ дуже стійкий проти іонізуючої радіації та ультрафіолетового опромінення. Нині відкриття засобів та методів впливу на різні стадії розмноження в клітині вірусу імунодефіциту є основною проблемою сучасної науки.

Складним у боротьбі з цією епідемією є створення вакцин проти ВІЛ, оскільки патоген належить до родини ретровірусів. Зазначені віруси протягом всього періоду їх вивчення (починаючи з 1904 р.) були об'єктом суто теоретичних досліджень, спрямованих на визначення механізмів вірусного канцерогенезу або лейкогенезу, які відбуваються в організмі тварин.

Збуднику СНІДу _в зараженому організмі властива значна мінливість. Генетична речовина (рибонуклеїнова кислота), ідо становить основу вірусу, зазнаючи змін, стає хімічно подібною до тих генетичних структур, які управляють життєдіяльністю клітин організму й конкретно лейкоцитів крові. Структури, досягаючи подібності, зливаються між собою і існують так необмежено довго. В результаті у живій клітині організму, підпорядковуючись біохімічним законам, процесами життєдіяльності починають керувати віруси, присутні в її ядрі. Потрапляючи в сприятливі умови, вірус починає атакувати клітину і при цьому завжди перемагає. Це і є початком хвороби організму.

Важлива роль у створенні сучасних препаратів проти СНІДу належить генетичній інженерії. Передусім це препарати, створені з суміші гормонів вилочкової залози (орган, де одержують інформацію уражені ВІЛ захисні клітини Т-лімфоцити). Використовують біопрепарати інтерферон, інтерлейкін (продукт лейкоцитів) та ін.

Одержати ідеальну високоефективну вакцину проти СНІДу дуже важко через мінливість антигенного складу основних поверхневих глікопротеїдів ВІЛу, високий рівень мутації вірусу насамперед в ділянці гена еnv, необхідності створення захисту не тільки від вільних (інтактних) вірусних частинок, які знаходяться у крові, лімфі або у міжклітинному просторі, а й проти інфікованих клітин, оскільки ВІЛ може передаватися від клітини до клітини в імунні системи або ЦНС, а також у зв'язку із здатністю вірусу «ховатися» в тканинах ЦНС, які захищаються від специфічних антитіл гематоенцефалітним бар'єром.

У генно-інженерних лабораторіях США та Франції одержано результати про успішне використання вбитої вакцини для захисту мавп від збудника СНІДу людини, а також про властивості рекомбінантних антигенів ВІЛ індукувати відповідь з захисною активністю, спрямованою на різні варіанти вірусу. Останнє стало поштовхом до активізації роботи по конструюванню живої вакцини проти СНІДу на базі рекомбінантного вірусу вісповакцини. Суть роботи полягає в тому, що у гені вірусу вісповакцини (який є вектором), використовуючи рестріктази та лігази, вбудовують фрагмент геному збудника СНІДу, ту її ділянку або гени, які відповідальні за синтез зумовлених білків ВІЛ, передусім оболонкових глікопротеїдів. У результаті одержують такий гібрид вірусу, що проникає в клітини та, розмножуючись у них, крім власних білків вірусу вісповакцини, спричинює синтез глікопротеїдів ВІЛ. В організмах, у які введено зазначений вірус на синтезуючі білки (в тому числі і на білки вірусу СНІД), індукується утворення нейтралізуючих антитіл.

Перші випробування такої рекомбінантної вакцини, створеної Загурі, професором Паризького університету ім. подружжя Кюрі, були проведені на ньому та десяти добровольцях із Заїру, в сироватках крові яких були відсутні антитіла до ВІЛу. Наступні спостереження показали, що у сироватці крові вакцинованих з'являються антитіла, які нейтралізують в системі іn vitro вірус СНІДу того ж субтипу, який використовували для одержання вакцини, але не інший генетичний варіант збудника хвороби.

Вакцинація зумовила стимуляцію відповіді клітини -мітоз лімфоцитів та експресію Т-клітинних рецепторів для інтерлейкіну-2. Одержані результати дають підставу сподіватися, що вакцина як профілактичний засіб допоможе у боротьбі з цією страшною хворобою.

Методи генетичної інженерії широко використовують у боротьбі з вірусними захворюваннями тварин і птиці, що яскраво підтверджує приклад виведення птиці, стійкої проти лейкозу. Із вірусних захворювань птиці лейкоз найбільш розповсюджений. До нього сприйнятливі всі види сільськогосподарської птиці, але найбільше — кури. Зазначене захворювання реєструється у всіх країнах з розвиненим птахівництвом, що пов'язано в основному з шляхами передавання збудника (вірус із родини ретровірусів). Він передається не тільки контактним шляхом, а й через яйця. Зважаючи на це, ветеринарно-санітарні заходи по боротьбі з інфекцією відіграють не вирішальну, а лише допоміжну роль.