Všeobecné

11 Vývoj a objavy v biológii človeka a medicíne za posledných desať rokov


Od dokončenia priekopníckeho projektu ľudského genómu nastali obrovské pokroky v porozumení biológie, vedy a ľudského tela. Na genetickej alebo bunkovej úrovni došlo k mnohým vývojom, ktoré by mohli mať v budúcnosti obrovské uplatnenie.

Od 3D tlače nových orgánov pomocou kmeňových buniek až po prispôsobovanie liekových terapií pacientom až po potenciálne zabezpečenie odolnosti ľudských buniek proti vírusom, posledné desaťročie prinieslo významné ovocie. Keď sa bude veda zlepšovať a naše porozumenie bude rásť, ďalšie desaťročie alebo desaťročia by mohli zdravotníctvo navždy úplne zmeniť.

Nasledujúcich 11 nie sú ani zďaleka vyčerpávajúce a nie sú v konkrétnom poradí.

1. 3D tlač orgánov by mohla spôsobiť, že darcovstvo orgánov bude zastarané

Jeden obrovský vývoj v ľudskej biológii zahŕňa použitie 3D tlačiarní a ľudských kmeňových buniek.

3D tlač sa vyvíja na takej úrovni, že dokáže tlačiť základné náhradné diely pre ľudí. Posledný vývoj z inštitúcií, ako je univerzita v Bristole, zahŕňa použitie nového druhu bio-atramentu, ktorý by v blízkej budúcnosti mohol umožniť výrobu zložitých ľudských tkanív pre chirurgické implantáty.

Biologický atrament je vyrobený z niekoľkých rôznych prísad na báze polyméru. Jeden je získaný z morských rias a je teda prírodným polymérom.

Druhým a posledným je obetavý syntetický polymér. Každý z týchto polymérov poskytuje inú úlohu v biologickom atramente. Syntetická zložka umožňuje biologickému atramentu stuhnúť za správnych podmienok, zatiaľ čo prvý dodáva ďalšiu štrukturálnu podporu.

Myšlienkou tohto atramentu je poskytnúť prostriedok umožňujúci 3D tlač štruktúry, ktorá môže zostať odolná, ak je ponorená do živín a nepoškodzuje všetky vložené bunky do štruktúry.

Osteoblasty (kmeňové bunky, ktoré vytvárajú kosť) a chondrocyty (kmeňové bunky, ktoré pomáhajú vytvárať chrupavku), je potom možné zaviesť do 3D tlačenej polymérnej štruktúry v prítomnosti prostredia bohatého na živiny, aby sa vytvoril finálny „syntetický“ nový orgán / štruktúra.

Keď sa tento proces úplne vyvinul, mohol by sa v budúcnosti použiť na tlač tkanív pacientov pomocou ich vlastných kmeňových buniek.

Medzi ďalšie novinky patrí tlač obličiek a možnosť potlače kože na ošetrenie popálenín. Môže to byť tiež kľúč k nesmrteľnosti?

2. Špecifické zacielenie na lieky by mohlo viesť ku koncu rakoviny

Od začiatku ľudského genómu pred viac ako 25 rokmi bolo umožnených veľa odnožových oblastí výskumu. Jedným z nesmierne dôležitých vývojových trendov by mohla byť výroba geneticky prispôsobených liekov, ktoré sa niekedy označujú ako farmakogenetika.

To by mohlo potenciálne zahŕňať vytvorenie cielených liekov na liečbu rakoviny, a nie použitie všeobecnejších alternatív typu „univerzálny pre všetkých“, ako je chemoterapia. Už existujú spoločnosti, ako napríklad Foundation Medicine, ktoré poskytujú skríning DNA na rakovinové bunky vo vzorkách z biopsie.

Ich analýza poskytuje správu podrobne popisujúcu gény v DNA pacienta, o ktorých je známe, že súvisia s rakovinou, a poskytuje informácie o „použiteľných“ mutáciách. Tieto použiteľné sekvencie DNA sú oblasťami, kde existujú alebo sú testované protinádorové lieky.

Takéto správy by boli schopné nasmerovať lekárov a pacientov k predpisovaniu konkrétnych liekov na liečbu konkrétnej formy rakoviny pacienta.

Budúca účinnosť tohto druhu liečby by mohla priniesť obrovské budúce objavy v ľudskom genóme a len možno zabezpečiť úspech liečby rakoviny.

3. Strachu by sa dalo zabrániť prevodom buniek z jednej formy do druhej

Začiatkom minulého roka bolo oznámené, že vedci mohli urobiť obrovský prielom v hojení rán. Možno našli spôsob, ako „hacknúť“ tkanivo v rane, aby sa regenerovala pokožka bez toho, aby zanechala zjazvené tkanivo.

Lekári z Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Plikus Laboratory for Developmental and Regenerative Biology na University of California, Irvine spolupracovali roky a svoje výsledky nakoniec zverejnili v januári 2017.

Našli metódu na premenu myofibroblastov (bežná hojivá bunka v ranách) na tukové bunky - kedysi sa to považovalo za nemožné. Aj keď sú myofibroblasty nevyhnutné pre hojenie, sú tiež kritickým prvkom pri tvorbe jazvového tkaniva.

Jazvy sa zvyčajne tvoria čiastočne z dôvodu straty podkožných tukových buniek nazývaných adipocyty. Ak by sa potom mohli myofibroblasty nejakým spôsobom premeniť na tukové bunky, strach by bol menej výrazný, ak by bol vôbec viditeľný.

George Cotsarelis, hlavný riešiteľ projektu a predseda katedry dermatológie a profesor dermatológie Miltona Bixlera Hartzella na Penne, vysvetľuje: - „V zásade môžeme manipulovať s hojením rán tak, aby viedlo skôr k regenerácii pokožky ako k zjazveniu.“

"Tajomstvom je najskôr regenerovať vlasové folikuly. Potom sa tuk zregeneruje v reakcii na signály z týchto folikulov." - pokračoval George.

Zistili, že signály sa javia ako špeciálny typ proteínu nazývaného Bone Morphogenetic Protein (BMP).

„Typicky sa myofibroblasty považovali za neschopné stať sa iným typom bunky,“ uviedol Cotsarelis. „Ale naša práca ukazuje, že máme schopnosť ovplyvňovať tieto bunky a že sa dajú efektívne a stabilne premeniť na adipocyty.“ - vysvetlil George.

Tento výskum môže mať ďalšie využitie pri chorobách, ako aj pri spomalení procesu starnutia - konkrétne pri prevencii tvorby vrások.

4. Mitochondriálna DNA „Jarné čistenie“ by mohla zabrániť starnutiu

Vedci nedávno objavili metódu na manipuláciu s DNA starnúcich buniek v ľudskom tele. Vedci z Caltechu a UCLA boli schopní vyrobiť techniku ​​drotovania s elektrárňami bunky - mitochondrie.

Starnutie v ľudskom tele je čiastočne dôsledkom kompilácie chýb kopírovania v našej DNA v priebehu času. Toto zlé kopírovanie DNA vedie k skráteniu telomer a ďalším mutáciám.

Mitochondrie sú jedným z najhorších vinníkov v ľudskej bunke - hoci mitochondriálna DNA (abb. MtDNA) je samostatná s DNA od hlavného jadra bunky.

Každá bunka obsahuje stovky mitochondrií a každá mitochondria nesie svoj vlastný paket mtDNA. mtDNA bude mať tendenciu hromadiť sa v bunke v priebehu času a spadá zhruba do dvoch typov; normálna mtDNA a mutantná mtDNA.

Keď sa táto hromadí v bunke na určitú koncentráciu, prestane správne fungovať a zomrie.

„Vieme, že zvýšená miera mutácií mtDNA spôsobuje predčasné starnutie,“ vysvetlil Bruce Hay, profesor biológie a biologického inžinierstva v Caltech. „Toto, spolu so skutočnosťou, že mutantná mtDNA sa hromadí v kľúčových tkanivách, ako sú neuróny a svaly, ktoré s pribúdajúcim vekom strácajú funkciu, naznačuje, že ak by sme mohli znížiť množstvo mutantnej mtDNA, mohli by sme spomaliť alebo zvrátiť dôležité aspekty starnutia.“

Tím bol schopný nájsť spôsob, ako úplne odstrániť mutovanú mtDNA z mitochondrií, a tak zabrániť problémom spôsobeným akumulovanými hladinami mtDNA v bunke.

Mutantná mtDNA bola tiež spojená s degeneratívnymi chorobami, ako je Alzheimerova choroba, úbytok svalovej hmoty súvisiaci s vekom a Parkinsonova choroba. Zdedená mtDNA môže byť tiež faktorom prispievajúcim k rozvoju autizmu.

5. V roku 2017 bol objavený 79. orgán ľudského tela

Na začiatku roku 2017 vedci oficiálne pridali do Grayovej anatómie nový orgán. Organ bol po celé storočia doslova ukrytý v očiach.

Nový orgán s názvom Mesentery je dnes oficiálne 79. orgánom ľudského tela. Názov orgánov sa prekladá ako „v strede čriev“ a je dvojitým záhybom v pobrušnici (alebo výstelkou do brušnej dutiny), ktorý spája črevá s brušnou stenou.

Mesentery sa pôvodne považovalo za fragmentovanú štruktúru, ktorá bola súčasťou tráviaceho systému. Zistili však, že ide o jeden súvislý orgán.

Prvýkrát to identifikoval J. Calvin Coffey (profesor na univerzite v Limericku), ktorý svoje objavy zverejnil krátko potom v časopise The Lancet. Aj keď je tento vývoj taký vzrušujúci, funkcia nového orgánu je stále niečím tajomným.

„Keď k tomu pristupujeme ako ku každému inému orgánu ... môžeme kategorizovať brušné choroby z hľadiska tohto orgánu,“ vysvetlil Coffey.

"Zaviedli sme anatómiu a štruktúru." Ďalším krokom je funkcia, “rozšíril Coffey. "Ak tejto funkcii rozumieš, spoznáš abnormálnu funkciu a potom máš chorobu." Dajte ich dokopy a máte oblasť mezenterickej vedy ... základ pre úplne novú oblasť vedy. “

Keďže je teraz klasifikovaný ako oficiálny orgán, je na vedcoch, aby začali skúmať jeho skutočnú úlohu v tele. Keď sa v tejto veci získa viac porozumenia, mohlo by to viesť k tomu, že chirurgovia budú vykonávať menej invazívne operácie.

To by mohlo znížiť komplikácie, urýchliť obdobie zotavenia a dokonca znížiť náklady.

6. Vedci našli nový typ mozgových buniek

Začiatkom tohto roka vydali vedci správu v „Current Biology“, podľa ktorej ľudský mediálny temporálny lalok (MTL) obsahuje nový typ buniek, aký u ľudí nikdy predtým nebol - tzv. Cieľové bunky.

Tím vedený Shuo Wangom, asistentom chemického a biomedicínskeho inžinierstva na univerzite v Západnej Virgínii, objavil nové bunky pri pozorovaní pacientov s epilepsiou. Dokázali zaznamenať pohyby očí a aktivitu jednotlivých neurónov v MTL a mediálnych predných kôrach pacientov.

"Počas [a] cieľového vizuálneho vyhľadávania tieto cieľové bunky signalizujú, či je momentálne fixovaná položka cieľom aktuálneho vyhľadávania," vysvetlil Wang. "Tento cieľový signál bol z hľadiska správania relevantný, pretože predpovedal, či subjekt detekoval alebo minul fixovaný cieľ, t. J. Nedokázal prerušiť hľadanie."

Ich objavy ukázali, že tieto bunky sa „málo starali“ o obsah cieľa. Zdalo sa, že sa „sústredili“ iba na to, či sú cieľom, ktorý hľadajú, alebo nie.

"Tento typ odozvy sa zásadne líši od odozvy pozorovanej v predných oblastiach k MTL, t. J. Dolnej časovej kôre, kde sú bunky vizuálne vyladené a sú iba modulované cieľovou prítomnosťou alebo neprítomnosťou na vrchole tohto vizuálneho vyladenia," uviedol Wang. "Objav tohto nového typu bunky v MTL u ľudí ukazuje priame dôkazy o špecifickom signáli relevantnosti cieľa zhora nadol v MTL."

7. Kompletné genómové sekvenovanie by sa mohlo stať rutinou

Rutinné genómové sekvenovanie ako súčasť rutinnej klinickej starostlivosti by sa mohlo stať štandardnou praxou v nie tak vzdialenej budúcnosti. V 2011, vedci z Medical College of Wisconsin podnikli kroky na podporu procesu sekvenovania celého genómu, v ktoré dúfali, že sa stanú štandardnou praxou.

Bol zameraný na testovanie detí na zriedkavé dedičné poruchy, ktoré je veľmi ťažké diagnostikovať pomocou tradičnejších metód. Tento typ diagnostických nástrojov už prešiel dlhou cestou od dokončenia priekopníckeho projektu ľudského genómu.

Náklady na sekvenovanie celého genómu pacienta sú teraz približne rovnaké ako sekvenovanie iba niekoľkých génov pomocou komerčných diagnostických testov. Späť v 2011, už začala ťažiť z toho, že dokázala určiť špecifické genetické mutácie, ktoré sú základom súboru zriedkavých a ťažko diagnostikovateľných chorôb.

V niektorých prípadoch bola schopná poskytnúť aj život zachraňujúce ošetrenie.

Samozrejme, sekvenovanie celej DNA niekoho je ľahká časť - ťažká časť je prísť na to, čo sekvencia znamená. Tím vyvinul vlastný softvér na vlečnú sieť s postupnosťou a na označenie akejkoľvek zaujímavej mutácie a na hľadanie zhôd v genetických databázach.

Tím spôsobil rozruch v decembri 2010, keď dokázali zistiť príčinu zlého zdravotného stavu dieťaťa po 100 chirurgických zákrokoch a po troch rokoch liečby zlyhali. Ukázalo sa, že na chromozóme X chlapcov bola mutácia, ktorá bola spojená so záujmovou imunitnou poruchou.

To bolo také zriedkavé, že sa predpokladá, že bol jedinečný a v tom čase sa nenašiel u žiadneho iného zvieraťa alebo človeka. Vyzbrojení týmito informáciami mohli lekári vykonať transplantáciu jadrovej krvi a o osem mesiacov bol chlapec mimo nemocnice a darilo sa mu.

Je pravdepodobné, že sa táto technika v budúcnosti stane rutinou a v blízkej budúcnosti ju budú pravdepodobne vyžadovať mnohé zdravotné poisťovne.

8. CRISPR-Cas9 bol vo vývoji biológie človeka meničom hier

CRISPR alebo zoskupené pravidelne sa striedajúce krátke palindromické opakovania, boli prvýkrát objavené v Archeai a neskôr baktérie, Fransiciso Mojica z univerzity v španielskom Alicante v roku 2007. Experimentálne pozorovania mu umožnili poznamenať, že tieto kúsky genetických materiálov tvorili neoddeliteľnú súčasť obranné mechanizmy rodičovských buniek na ochranu pred napadnutím vírusmi.

CRISPR sú kúsky genetického kódu, ktoré sú prerušené „medzerníkovými“ sekvenciami, ktoré fungujú ako imuno-pamäť bunky z predchádzajúcich „infekcií“. Archaea a baktérie používajú systém CRISPR na detekciu a boj proti útočníkom v budúcnosti v procese nazývanom bakteriofág.

CRISPR bol v roku katapultovaný do verejnej sféry2013 Zhang Lab dokázala demonštrovať prvú úpravu genómu u cicavcov pomocou CRISPR-Cas9 (CRISPR-asociovaný proteín 9).

Tento úspešný experiment ukázal, že CRISPR sa môže použiť na zameranie konkrétnych častí genetického kódu zvieraťa a úpravu DNA in situ.

CRISPR by mohol byť neuveriteľne dôležitý pre budúcnosť ľudskej biológie prostredníctvom trvalej úpravy génov v živých bunkách, aby sa napravili budúce potenciálne mutácie a liečili príčiny chorôb.

To je dosť pôsobivé, ale technológia CRISPR je neustále zdokonaľovaná a zdokonaľovaná.

Mnoho odborníkov v odbore je presvedčených, že CRISPR-Cas9 má svetlú budúcnosť. Pravdepodobne sa stane dôležitým diagnostickým a nápravným nástrojom v oblasti biológie človeka a mohol by sa použiť ako liečba rakoviny a zriedkavých chorôb, ako je cystická fibróza.

9. Automobilová T-bunková imunoterapia by mohla byť pre rakovinu koniec

Imunoterapia T-bunkami CAR je jedným z potenciálnych vývojových prvkov vo výskume, ktorý by mohol ukončiť hrozbu rakoviny pre nás všetkých.

Imunoterapia sa za posledných pár rokov veľmi rozvinula a sľubuje, že získa a posilní pacientove vlastné vrodené obranné systémy zamerané na nádory a na útoky na ne. Táto forma liečby sa stala známou ako „piaty pilier“ liečby rakoviny.

T-bunky v zdravom imunitnom systéme neúnavne hliadkujú na vašom tele a hľadajú cudzích útočníkov, ako sú baktérie a vírusy. Bohužiaľ majú tendenciu byť neúčinné proti rakovinovým bunkám, pretože sa koniec koncov dokážu „skryť“ pred imunitným systémom tela - sú mimo kontroly natívnych buniek.

Ak by vedci dokázali pohltiť prirodzený obranný systém tiel a identifikovať rakovinové bunky ako cudzieho votrelca, mohlo by to poskytnúť prostriedky na ich automatické hľadanie a zničenie. Toto je sľúbený „svätý grál“ imunoterapie T-bunkami.

Terapia T-bunkami CAR spadá pod hlavný pojem adoptívneho bunkového prenosu (ACT), ktorý je možné ďalej rozdeliť na niekoľko typov (z ktorých sú napríklad CAR). Terapia T-bunkami CAR je však vpred k ostatným v doterajšom pokroku.

Niektoré terapie bunkami CAR-T boli dokonca schválené FDA v roku 2017. Jedným z takýchto príkladov je liečba akútnej lymfoblastickej leukémie (ALL) pomocou tejto techniky.

Ale predtým, ako sa unesieme s jej potenciálom do budúcnosti, je stále v plienkach.

Steven Rosenberg, MD, Ph.D., vedúci chirurgickej pobočky v NCI’s Center for Cancer Research (CCR), však do liečbu vkladá veľké nádeje.

„V najbližších niekoľkých rokoch si myslím, že uvidíme dramatický pokrok a posunieme hranice toho, čo si mnoho ľudí myslelo, že je možné s týmito metódami adoptívneho prenosu buniek.“

10. Boli identifikované gény, ktoré určujú tvar nosa

Späť v 2016, vedcom z University College London sa podarilo identifikovať štyri gény, ktoré určujú tvar ľudských nosov - vôbec prvýkrát. Tím zameral svoj výskum na šírku a špicatosť nosov, ktoré sa medzi ľuďmi značne líšia.

Pri výskume na viac ako 6 000 ľuďoch v Latinskej Amerike boli schopní identifikovať gény, ktoré určovali tvar nosa a tvar brady.

Podľa ich správy:

„GLI3, DCHS2 a PAX1 sú všetky gény, o ktorých je známe, že riadia rast chrupavky - GLI3 dal najsilnejší signál na reguláciu šírky nosných dierok, zistilo sa, že DCHS2 reguluje pointiness nosa a PAX1 ovplyvňuje aj šírku nosovej dierky. Bolo vidieť, že RUNX2, ktorý riadi rast kostí, šírka mostíka ovládacieho nosa. " -Vedecké správy

Tento výskum môže nájsť ďalšie využitie v identifikácii vrodených chýb u detí a mohol by byť veľmi užitočný pre forenzné štúdie „studeného prípadu“.

11. Posledný vývoj v ľudskej biológii by nás mohol stať dôkazom vírusov

Posledný výskum vedeckých skupín, ako je Genome Project-write (GP-Write), plánuje urobiť ľudské bunky „vírusuvzdornými“. Plánujú tiež, aby boli bunky odolné voči mrazu, žiareniu, starnutiu a, áno, uhádli ste, aj proti rakovine.

Konečnou ambíciou je vytvoriť „superčlánky“, ktoré by v prípade úspechu mali obrovské následky pre ľudskú biológiu a celú spoločnosť.

Jef Boeke, riaditeľ Ústavu systémovej genetiky a NYU Langone Medical Center nedávno povedal: „Existuje veľmi silný dôvod domnievať sa, že dokážeme produkovať bunky, ktoré by boli úplne rezistentné voči všetkým známym vírusom.“

"Malo by byť tiež možné vytvoriť ďalšie vlastnosti, vrátane odolnosti proti priónom a rakovine." rozšíril sa.

Akokoľvek to znie ambiciózne, majú skutočne veľkolepejšie plány, dúfajme, že jedného dňa v laboratóriu úplne syntetizujú ľudský genóm.

Ich ciele sa dosiahnu pomocou procesu nazývaného prekódovanie DNA. Tento proces zabráni vírusom vo využívaní ľudských buniek, aby sa preprogramovali na vírusové továrne.

"Celkový projekt GP-write je zameraný na písanie, úpravu a vytváranie veľkých genómov. Vygenerujeme množstvo informácií spájajúcich sekvenciu nukleotidových báz v DNA s ich fyziologickými vlastnosťami a funkčným správaním, čo umožní vývoj bezpečnejších, menej nákladných a účinnejšie terapeutiká a široká škála aplikácií v iných oblastiach, ako je energetika, poľnohospodárstvo, zdravotníctvo, chemikálie a bioliečba, “vysvetlil Boeke.

Ak bude ich výskum úspešný, mohli by sme byť schopní pohrať sa s ľudským genómom a vylepšiť ho podľa ľubovôle a oveľa rýchlejšie ako evolúcia. Možnosti (a nebezpečenstvá) by boli pre ľudstvo obrovské.


Pozri si video: Peter Joseph talks The Zeitgeist Movement with Joe Rogan - January 6, 2012 (November 2021).