10139 (Новые биологические технологии на службе медицины)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ИННОВАЦИЙ И ПОСЛЕДИПЛОМНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И.И. МЕЧНИКОВА

Кафедра клинической психологии

РЕФЕРАТ

по предмету «Биология и генетика»

На тему: «НОВЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА СЛУЖБЕ МЕДИЦИНЫ»

Выполнила студ. 1 курса

Специальность

«социальная психология»

форма обучения заочная

Руководитель проф.Розанов В.А.

Одесса-2008 г.

План

Введение

1. Биотехнология в основных направлениях медицины

2. Новые технологии в биофармацевтике

Заключение

Литература

Введение

Биотехнология - это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления процессов различного назначения. Биологические агенты в данном случае - микроорганизмы, растительные и животные клетки, клеточные компоненты, а также биологические макромолекулы (белки, чаще всего ферменты). В целом, биотехнология представляет собой систему приемов, позволяющих получать промышленным способом ценные продукты за счет использования процессов жизнедеятельности живых организмов.

Еще в середине прошлого века стали внедряться новые подходы в биотехнологии, в связи с тем, что совершенствование методов микробиологии и химического мутагенеза дало возможность получать высокопродуктивные штаммы. Было обнаружено много полезных для человека микробиологических продуктов, и, прежде всего — различные лекарственные соединения.

С 80-х гг. активно начались работы по сиквенированию геномов, в середине 90-х гг. был разработан проект генома человека и животных. Это стимулировало рост инноваций для биотехнологических разработок лекарств и другие крупнейшие прорывы в области геномики микроорганизмов. Возникла новая стадия развития биотехнологии — суперсовременная биотехнология, ориентированная преимущественно на медицину: более 70% всех исследований и практических результатов связано с получением фармацевтических и биомедицинских препаратов.

Чаще всего биотехнологии применяются в медицине, пищевой промышленности, а также для решения проблем в области энергетики, охраны окружающей среды, и в научных исследованиях.

Цель данной работы – рассмотреть основные направления и использование новых биологических технологий в медицине.

БИОТЕХНОЛОГИЯ В ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ МЕДИЦИНЫ

Медицинские биотехнологии подразделяются на диагностические и лечебные.

Диагностические медицинские биотехнологии подразделяются на химические (определение диагностических веществ и параметров их обмена) и физические (определение физических полей организма).

Определение физических полей человеческого организма имеет большое диагностическое значение. Физическая диагностика дешевле и быстрее, чем химическая, поэтому ее роль в будущем будет возрастать.

Раньше диагностические химические биотехнологии сводились к определению в тканях и биологических жидкостях веществ, имеющих диагностическое значение. Назовем этот подход статическим. В настоящее время диагностика использует определение скоростей образования и распада представляющих интерес веществ, а также определение активности ферментов, осуществляющих соответственно синтез и деградацию этих веществ. Назовем этот подход динамическим. И, наконец диагностика стала оценивать влияние на метаболизм диагностических веществ определенных функциональных воздействий. Такой подход можно назвать функциональным. Он позволяет выявить резервные возможности организма.

В древности для лечения больных использовали растения и минералы. В последние два столетия широкое раcпространение получили синтетические химические препараты и антибиотики.

Сравнительно недавно в фармакологии начали использовать индивидуальные биологически активные соединения и составлять их оптимальные композиции, а также использовать специфические активаторы и ингибиторы определенных ферментов. Альтернативой антибиотикам становится вытеснение патогенной микрофлоры сапрофитной микрофлорой (использование микробного антагонизма).

Кроме лекарственных методов лечения в современной медицине используют еще ароматы (аромотерапия), механические воздействия (массаж) и воздействие физических полей (физиотерапия). Физические поля интересны тем, что с их помощью можно лечить самые разные заболевания. Наибольший интерес сейчас вызывают тепловое воздействие, лазерное излучение и КВЧ-излучение (электромагнитное излучение миллиметрового диапазона)

Наиболее актуальными проблемами современной медицины являются борьба с сердечно-сосудистыми заболеваниями (прежде всего с атеросклерозом), с онкологическими заболеваниями, с аллергиями, старением и с вирусными инфекциями (в том числе со СПИДом).

В последнее время появились эффективные средства борьбы с атеросклерозом. Это, прежде всего статины (и появляются все новые и более эффективные средства этого ряда). Считается, что широкое применение этих лекарств должно привести к существенному продлению жизни.

По мнению ряда специалистов, решение проблемы онкологических заболеваний будет достигнуто с помощью иммунологических методов, позволяющих избирательно уничтожать опухолевые клетки. Решение проблемы рака должно повысить среднюю продолжительность жизни.

Решение проблем аллергических заболеваний определяется развитием иммунологии и прогрессом в изучении такой фундаментальной проблемы медицины, как воспаление. Человечество еще очень плохо справляется вообще с вирусными инфекциями, а не только со СПИДом. Химиотерапия и антибиотики, позволяющие эффективно бороться с бактериальной инфекцией, не эффективны в отношении вирусов. Предполагается, что существенный прогресс в деле борьбы с вирусными инфекциями будет достигнут за счет развития молекулярной биологии вирусов, в частности изучения взаимодействия вирусов со специфическими для них клеточными рецепторами.

Расшифровка генома человека и успехи в клонировании животных открывают ошеломляющие перспективы в медицине. Однако здесь не все так просто. Мало знать структуру конкретного гена, надо еще знать, как регулируется его активность. Интенсивные работы в области регуляции активности генома эукариот в сочетании с совершенствованием методов генной инженерии должны обеспечить решающий прогресс в лечении таких заболеваний, как диабет. Использование метода клонирования человека может привести к созданию банка "запасных частей" для конкретных людей и обеспечить весьма значительное продление их жизни. Однако против этого выдвигаются возражения морального порядка. Представляется, что дилемма будет разрешена с созданием технологий клонирования тканей и органов.

Еще одну революцию в медицине вызывает изучение так называемых стволовых клеток, т.е. клеток, которые являются предшественниками других типов клеток, включая нервные.

Понятие о стволовых клетках впервые появилось в России еще в начале прошлого века. Гистолог А.Н. Максимов изучая процесс кроветворения, пришел к выводу о их существовании.

Стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма – и кожным, и нервным, и клеткам крови.

Стволовые клетки можно выделять и растить в культуре ткани. Способность давать множество разнообразных клеточных типов делает стволовые клетки важнейшим восстановительным резервом в организме, который используется для замещения дефектов, возникающих в силу тех или иных обстоятельств.

Стволовые клетки способны превращаться в клетки всех типов тканей: клетки крови, внутренних органов, мышечных и костных тканей, кожного покрова, нейроны и др. На ранних стадиях своего развития организм человека практически полностью состоит из стволовых клеток, которые постепенно приобретают специализацию, то есть из них образуются органы и ткани организма. Таким образом, стволовые клетки являются, во-первых, своего рода строительным материалом организма. Также они принимают непосредственное участие в регенеративных процессах организма и могут замедлять процесс старения. Из-за способности к преобразованию в клетки любых органов и тканей стволовые клетки играют роль «скорой помощи»: если где-то в организме неполадка, стволовые клетки направляются туда и заменяют потерянные в результате болезни или повреждения клетки органа, восстановливают его функции. С возрастом количество стволовых клеток уменьшается, и регенеративные возможности организма снижаются.

Использование стволовых клеток - это в перспективе решение проблемы регенерации, т.е. радикального лечения инсульта, инфаркта, восстановления утраченных конечностей и т.п., а также весьма существенное продление жизни.

Представляется, что сейчас лидерами медицинской науки являются медицинская генетика и иммунология. Если биотехнология 20 века оперировала с отдельными генами и белками, то биотехнология нынешнего столетия - это интеграция генов и белков. К сегодняшнему дню накоплено достаточно много информации о генах и способах их регуляции, изменении их экспрессии при патологических процессах. Разработаны принципиально новые подходы к анализу изменения экспрессии генов при болезнях, что позволяет быстро открывать новые гены, вовлеченные в такие сложные патологии, как рак, диабет и сердечно-сосудистые болезни. Благодаря развитию геномики появились новые возможности выбора конкретных мишеней для действия фармакологических средств.

Особое место занимают системы диагностики, основанные на анализе изменений в экспрессии генов при заболевании, что уже начинают использовать при анализе инфекций, в судебной медицине и др. Выявление механизмов взаимодействия геномов множества патогенов с клетками-хозяевами открывает перспективы создания вакцин нового поколения.

Медицинская генетика может не только предотвращать появление на свет генетически неполноценных детей путем генетического консультирования их родителей и диагностировать генетические заболевания. Ее перспектива-это пересадка генов и управление их активностью.

Иммунология позволяет создавать новые подходы к лечению иммунологических заболеваний (в том числе иммунодефицитов, аутоиммуннных заболеваний и аллергии), инфекционных и онкологических заболеваний.

Факт лидерства генетики подтверждается и тем, что Нобелевская премия за 2007 год в номинации «Медицина и физиология» присуждена «за исследования основ введения специфических генетических модификаций в организмы мышей путем использования эмбриональных стволовых клеток». Эта технология получила название нацеленного воздействия на гены (gene targeting). Сегодня она широко используется для «выключения» (isolated), или, как еще говорят, «нокаута», определенного гена. Таким способом можно узнать, какова функция данного гена. Ее разделили между собой американцы Марио Капекки (Гарвардский университет, США), Оливер Смитис (Университет Северной Каролины, США) и британец сэр Мартин Эванс (Кардиффский университет, Великобритания).

1. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В БИОФАРМАЦЕВТИКЕ

Сегодня человечество совершенно справедливо полагает, что биотехнологические науки занимают приоритет в области современных высоких технологий. Сиквенирование геномов и валидация новых мишеней для действия лекарственных соединений является одним из перспективных направлений современной фармакологии. Учитывая, что появились новые принципиальные возможности для сиквенирования, встает вопрос о генетической паспортизации населения, когда каждому будет выдан его генетический паспорт, и человек будет решать проблемы своего здоровья. Важнейшим достижением прошлого века являются стволовые клетки, что стало возможным благодаря развитию всей эмбриологии и цитологии. Это позволило подойти к разработке путей создания искусственных органов, получать новые вещества, специфически влияющие на органы-мишени.

На современном этапе развития биотехнологии большое внимание уделяется разработке подходов к созданию новых процессов в медицинской биотехнологии. Это различные методы модификации микроорганизмов, растений и животных, в т.ч. культивирование растительных клеток как источника получения новых веществ; конструирование молекул, нанотехнологии, компьютерное моделирование, биокаталитическая трансформация веществ и т.д.

Так, например, существуют многочисленные разработки лекарственных препаратов, созданных на основе морских организмов. Использование морских природных соединений в качестве основы лекарств - весьма перспективный путь создания новых фармацевтических препаратов, особенно методами биотехнологии. Коллекция морских микроорганизмов ТИБОХ, из которых можно продуцировать биологически-активные соединения, содержит 800 штаммов бактерий, актиномицетов и грибов. Эти штаммы можно культивировать, что важно для решения проблемы сохранения биологического равновесия.

Таким образом, в получении лекарственных препаратов, производимых биотехнологическим способом, можно выделить как бы два пула — новые соединения, получаемые с помощью биотехнологических процессов, комбинаторной химии, и новые мишени, которые идентифицируются в процессе изучения геномов. Это дает возможность отбирать молекулы, обладающие новыми биологическими и физиологическими свойствами, которые и будут выполнять роль лекарств.

Прежде всего, обратимся к медицинской ветви биотехнологии. Рассматривая различные классы соединений, используемые в клинической практике, и получаемые методами биотехнологии, в первую очередь, необходимо назвать антибиотики - самый большой класс фармацевтических соединений, синтез которых осуществляется микробными клетками. К этому же классу относятся противогрибковые агенты, противоопухолевые лекарства и алкалоиды. Производство антибиотиков исчисляется тысячами тонн. Пенициллины, как известно, были выделены при выращивании грибов рода Penicillium. В 1945 г. из пробы морской воды была выделена плесень Cephalosporium acremonium, синтезирующую несколько антибиотиков; один из них, цефалоспорин С, оказался особенно эффективен против устойчивых к пенициллину грамположительных бактерий.