Новые методы диагностики и исследований
Методы генной инженерии открывают новые возможносm и в медицинской диагносmке. Например, ДНК или РНК вируса могут быть выделены в чрезвычайно малых количествах для изучения их состава, последовательносm нуклеотидов и механизма репликации; полученные при этом данные, вероятно, позволят различать многие типы вирусов, и подобный метод приобретет важную роль в эпидемиологии и медицинской диагностике.
Эти другие, более общие методы, связанные с синтезом нуклеиновых кислот, весьма полезны также для изучения функций мозга на молекулярном уровне. В ряде лабораторий связыванием антисыворотки против полипептидных гормонов с определенными областями мозга эти гормоны были обнаружены в мозгу. Можно синтезировать ДНК-копии, последовательности нуклеотидов которых соответствуют аминокислотным последовательностям полипептидных гормонов, а затем ввести их в клетки мозга, которые, как предполагают, синтезируют эти гормоны. Если это действительно так, молекулы ДНК будут связывать мРНК гормонов, и чем ближе сходство между гормоном и синтезирующимся в мозгу веществом, тем прочнее ДНК-копии будут связываться с мРНК. Это позволит проанализировать последовательности нуклеотидов выявленных таким способом мРНК и установить различия между уже известными полипептидными гормонами и веществами, образующимися в клетках мозга. Такой молекулярный подход гораздо эффективнее, чем традиционные иммунологические методы, которые заключаются прежде всего в очистке полипептидных гормонов, затем в получении антител против них, которые только после этого используются для изучения мозга или составляющих его клеток.
Заслуживают внимания исследования в этой области, проводимые Вилла-Комарофф в Медицинской школе Массачусетского университета (Бустер). Получив из раковой опухоли поджелудочной железы ДНК-копию гена инсулина крысы и используя ее в качестве пробы, ВиллаКомарофф предприняла попытку обнаружить мРНК инсулина в мозгу; цель эксперимента заключалась в том, чтобы разрешить спор между нейробиологами, использующими иммунологические методы, о том, присутствует ли в мозгу инсулин. Вилла-Комарофф обнаружила, что инсулиновая ДНК-проба связывалась с двумя мРНК из мозга взрослых крыс, однако эти мРНК кодировали не инсулин. Вместе со своими коллегами она продолжила эксперименты на эмбрионах мышей и новорожденных животных и обнаружила у них в мозгу пять различных мРНК, которые напоминали мРНК инсулина; в мозгу взрослых животных эти мРНК не были найдены. В мозгу эмбрионов человека она открьmа две мРНК, напоминающие мРНК инсулина. Роль пептидов, кодируемых этими мРНК, не была ясна. Вилла-Комарофф предположила, что они могут представлять собой факторы роста, и их биологическую функцию удастся изучить после синтез·а этих белков в клетках бактерий.
Гудмен из Массачусетского главного госпиталя предпринял поиск в мозгу соматостатина. Исходно этот гормон найден в гипоталамусе и в островках Лангерганса в поджелудочной железе. Гудмену удалось выделить мРНК из островков поджелудочной железы морского черта, затем он синтезировал ее ДНК-копию и, используя ее в качестве пробы, обнаружил мРНК соматостатина в мозгу лягушки. С помощью этой же ДНК-пробы он выделил мРНК соматостатина из карциномы мозга крысы; это дало ему возможность синтезировать ДНК-копию мРНК соматостатина млекопитающего и идентифицировать гормон в мозгу крысы. В сходных исследованиях Робертс в Колумбийском университете попытался обнаружить рилизинг-факторлютеинизирующегогормона (РФЛГ), Герберт в Орегонском университете-энкефалин и Лунд в Массачусетском главном госпитале-глюкагон.
Таким образом, оказалось, что полипептидные гормоны образуются не только в эндокринных железах, откуда они транспортируются с током крови к органам-мишеням, но обнаруживаются также в мозгу. Подлинную их функцию в мозгу предстоит уточнить. С этой целью ученые воспользуются современными методамй молекулярной биологии.
Биоматериалы
Протезы и искусственные устройства для замены поврежденных частей тела или компенсации их дисфункции изготовляются из полимеров (полиэфиров, силиконов, метилполиметакриламида, полиэтилена), сплавов металлов (нержавеющей стали, сплавов хрома, кобальта и молибдена, титана и титановых сплавов), керамики (глинозема, стеклокерамики) и композитных материалов (углерод-углеродных, полимерно-графитных или стеклянных волокон). Реакция ткани на контакт с этими-материалами может вызвать необходимость удаления -протеза. Чтобы избежать таких нежелательных реакций или существенно снизить их, ученые разработали материалы нового типабиоматериалы.
Эти биосовместимые материалы предназначены для «работы в условиях биологических напряжений» и поэтому приспособлены для различных целей. Их рынок быстро растет: например, во Франции на 20% в год; годовой доход в 1978 г., по оценкам, составил 500 млн. франков.
В области сердечной и артериальной хирургии исследования биоматериалов направлены на разработку новых средств, придающих антикоагулянтные свойства поверхности полимеров, таких, как полистирен, полиэтилен и полисахариды. Для этого используются соединения, обладающие, подобно гепарину, свойством препятствовать свертыванию крови. Для предупреждения сердечных приступов в качестве венечных мостиков могут быть использованы трубки чрезвычайно малого диаметра, изготовленные из таких полимеров.
Использование сплавов металлов для протезирования суставов весьма затруднительно, поскольку по своим механическим свойствам они сильно отличаются от костей. Керамика и особенно кальцинизированный глинозем обладают отличной биосовместимостью, они очень устойчивы к снашиванию, но легко ломаются. Такие биоматериалы, как производные фосфата кальция и гидроксиапатиты, обладающие структурой, близкой к структуре кости, могут заселяться клетками косmой ткани благодаря своей пористости и химическому сходству с костной тканью. С 1974 г. производятся сложные составы, включающие гидроксиапатиты, фосфоалюминаты кальция и фторапатита. Замеmая роль в создании заменителей сухожилий и связок будет принадлежать волокнам, изготовленым из углерод-углеродных смесей, и пластинкам различной жесткости, полученным из углерод-углеродных и эпоксиуглеродных смесей, а также полимерно-углеродным волокнам, подверженным биодеградации. Использование полимеров, поддающихся биодеградации, например сополимеров гликолевой и молочной кислот, позволит избежать повторных операций для удаления пластинок, установленных во время первой операции.
Новые биоматериалы нашли также применение в производстве тонких и гибких контактных линз; их изготавливают из макромолекулярных гелей, содержание воды в которых составляет более 80%, это обеспечивает достаточную диффузию кислорода и двуокиси углерода. Дальнейший прогресс в этой области позволит расширить сферу применения таких линз, улучшить коррекцию зрения и даже отказаться от введения искусственных хрусталиков больным после хирургического лечения катаракты.
Заменители крови являются предметом активных исследований в США, Западной Европе и в СССР: разрабатываются «искусственные клетки», состоящие из гемоглобина, погруженного в микроскопические гранулы из синтетических полимеров; транспортирующие кислород фторуглеродные соединения; в качестве заменителей сыворотки используются декстраны и, желатины. Однако эти вещества не всегда хорошо переносятся, поэтому могут быть синтезированы растворимые, легко поддающиеся биодеградации полимеры, в частности сополимеры гликолевой и молочной кислот, которые используются вместо кетгута для внутренних швов.
Для всех подобных исследований биоматериалов совершенно необходимо сотрудничество специалистов и техников, работающих в самых различных областях; методы генной инженерии и биотехнологические процессы способны привести к значительному прогрессу в этой важной области, которая имеет экономический, социальный и этический аспекты. Эти работы являются составной·частью исследований и достижений, положивших начало медицинской и биологической инженерии необходимой технологической основе дальнейшего прогресса в области медицины.
Эти разнообразные прикладные работы сыграют существенную роль в медицине будущего, которая будет не просто «искусством» диагностики и лечения болезней; уже теперь ее ориентация все более смещается на предотвращение заболеваний на основе результатов биологических-исследований, выясняющих причины и развитие болезней.
Открытие широкого спектра веществ с терапивтическим и чрезвычайно точным действием, присутствующих в норме в организме, таких, как антидепрессанты, эндорфиты, гормоны и продукты им уннои системы, пролоило путь к созданию «естественнои» терапии, при котором эти нативные вещества из организма человека будут компенсировать физиологические дефекты, являющиеся причиной большинства патологических состояний. Эта естественная терапия отличается от терапии на основе растительных веществ, часть которых высокотоксична. На самом деле она заключается во введении и стимуляции или, напротив, подавлении гормонов, ферментов и химических медиаторов, необходимых для функционирования организма, дефекты и нарушения равновесия в котором являются причиной патологических состояний и большого числа заболеваний. Вот почему методы генной инженерии призваны внести весомый вклад в ее развитие, облегчив синтез в клетках микроорганизмов или в культуре клеток таких гормонов, медиаторов и факторов, ответственных за естественные средства защиты организма. В итоге отпадает необходимость в сложном и дорогостоящем химическом синтезе этих соединений.
