Материал из РУВИКИ — свободной энциклопедии

Молекулярная хирургия

Молекулярная хирургия — совокупность современных методов коррекции патологических состояний организма посредством изменения фенотипа или функционала клеток при помощи молекулярных агентов, например систем редактирования генома. Современные способы выполнения малоинвазивных хирургических вмешательств для восстановления нормальных функций органов могут быть дополнены методом использования молекулярных агентов — ферментов, иммуно-препаратов, а также иных молекулярных машин. В настоящее время подобные системы проходят клинические испытания для лечения ограниченного спектра заболеваний, а перспективные области их использования относятся к лечению заболеваний и состояний, ранее доступных для терапии лишь при инвазивных вмешательствах.

История

[править | править код]

В 1855 году немецкий врач и учёный Рудольф Вирхов, один из основоположников клеточной теории в биологии и медицине, ввёл 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 органов. 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 позволяют 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 на 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 своё 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. Проходят испытания системы молекулярной хирургии для лечения кардиомиопатий[5], серповидноклеточной анемии и некоторых онкологических заболеваний[6].

В будущем многие хирургические вмешательства потребуют нанесения минимальных повреждений тканям и органам пациента[7].

Новая суперсовременная хирургическая техника может навсегда решить проблему боязни скальпеля. Так называемся «молекулярная хирургия» позволяет осуществлять хирургическую операцию без повреждения тканей. Пока, впрочем, речь идёт о довольно простых вмешательствах.

Исследователи из Оксидентал-колледж (Лос-Анджелес) и Калифорнийского университета в Ирвайне научились изменять форму ткани без разрезов и шрамов, и с минимальным временем восстановления. Данный метод применим далеко не во всех случаях, но может оказаться очень полезным в пластической хирургии, например, для изменения формы носа или ушей. Также он подойдёт для исправления зрения и избавления от проблем с суставами.

На данный момент исследователи сосредоточены на изменении хрящевой ткани — это жёсткая соединительная ткань, которой довольно много в организме. Учёные обнаружили, что пропуская ток через хрящ, его можно сделать гибким, не повреждая при этом саму ткань. Метод работает за счёт электролиза воды, содержащейся внутри хряща. Образование ионов водорода изменяет заряд внутри хряща, и хирурги получают возможность изменить его форму.

Уже сегодня многие операции проводятся «одним днём», и уже вечером пациент может спокойно отправиться домой. Учёные испытали метод на кролике, используя крошечные микроиглы и напечатанную на 3D-принтере форму. Пропуская через ткань ток, они смогли размягчить хрящ, а затем изменить его форму, и всё это без боли (под местной анестезией) и разрезов.

Сейчас исследователи изучают возможность изменения таким образом других органов, таких как сухожилия и роговица глаза. В теории, поместив электроды на контактной линзе, можно было бы временно размягчить роговицу и исправить её кривизну, восстановив тем самым зрение человека.

Эндоскопическая молекулярно-направленная хирургия удаляет раковые клетки

[править | править код]

Новая методика люминесцентной эндоскопической хирургии позволяет хирургам достигать более полного удаления раковых опухолей. Исследователи из Стэнфордского университета (Калифорния, США) разработали методику, известную как эндоскопия с использованием свечения Черенкова (CLE). Она имеет преимущества по сравнению с традиционными эндоскопическими и другими методами визуализации, такими как магнитно-резонансная томография (МРТ), поскольку позволяет получить информацию о функционировании самой ткани.

Эндоскопия с использованием свечения Черенкова основывается на физическом явлении, известном как излучение Черенкова. Оно представляет собой электромагнитное излучение, при котором заряженная частица (например, электрон) проходит через диэлектрическую среду со скоростью большей, чем фазовая скорость света в этой среде. Особенно интересно то, что излучение находится в видимой части спектра, поэтому поражённые ткани могут быть обнаружены с помощью простых оптических датчиков. Технология была представлена на 243-м Национальном собрании Американского химического общества (ACS), которое состоялось в марте 2012 года в Сан-Диего (Калифорния, США). «Слабый голубой свет — в отличие от рентгеновских лучей — практически не проникает через глубокие ткани. Это ограничивает применение технологии на людях, у которых опухоли развиваются глубоко внутри тела», — говорит ведущий исследователь Чэнь Чжэнь, PhD. «Наше совмещение свечения Черенкова с эндоскопом может быть идеальным решением. При эндоскопии мы можем достаточно близко подойти к поражённой ткани, чтобы воспользоваться этой технологией». Визуализация с помощью свечения Черенкова также улучшит разрешение для позитронно-эмиссионной томографии, что позволит ПЭТ-сканерам обнаруживать более мелкие объекты, чем это было возможно ранее[8].

Ферментативная хирургия

[править | править код]

Исправление масштабных дефектов тканей является целью другого направления — ферментативной хирургии (англ. enzymatic surgery)[9]. 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 путём 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 и органов (печень, желудочно-кишечный тракт, почки, лёгкие, 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, а внешнее управление выполняться методами биофотоники и оптогенетики[10].

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), представляет собой развитие методического приёма «физиологической хирургии» И. П. Павлова (1902)[11] и современного представления о персонализированном подходе к хирургическому лечению пациента[12].

Молекулярная хирургия в России

[править | править код]

Инновационный метод молекулярно-резонансной ЛОР-хирургии начали применять в России для лечения аденоидов и миндалин у детей. Ещё недавно операция по удалению миндалин и аденоидов была для ребёнка тяжелейшим стрессом. С тех пор медицина ушла далеко вперёд, врачи осваивают все более современные и безболезненные способы ЛОР-операций на миндалинах и аденоидах[13].

С 2010 года красноярские врачи первыми в России начали применять для оперативного лечения аденоидов и миндалин принципиально новый метод, разработанный итальянскими учёными и медиками, — молекулярно-резонансный.

Основным недостатком различных методов электрохирургии остаётся термическое воздействие с последующим затяжным процессом заживления ниши миндалины. Проведение ЛОР-операций новым молекулярно-резонансным методом позволяет удалять лимфоидную ткань при температуре, не превышающей 50 °C. Уникальность метода — в использовании комбинации частот в так называемом диапазоне СКС (сохраняющий клетки спектр). Механизм действия метода заключается в том, что квантовая генерация частиц, волновые свойства которых совпадают с энергией межмолекулярных связей в биоткани, направлена на разрушение этих связей. При воздействии частиц в режиме биполярного воздействия потенциалов в молекулах клеток биоткани происходит повышение амплитуды колебаний протонных межмолекулярных связей, приводящее к их разрыву. Таким образом, квантовая энергия была откалибрована специально для ткани человека.

Новый метод выводит хирургию лимфоидного глоточного кольца на качественно новый уровень, даже по сравнению с относительно новым холодноплазменным хирургическим методом. Сравнение холодноплазменной и молекулярно-резонансной методики показывает уменьшение глубины поражения тканей до минимальных показателей (за счёт снижения температуры окружающих тканей на 10—15°С), уменьшение кровотечения, снижение уровня послеоперационного дискомфорта и времени восстановления организма пациентов. Нужно добавить, что возможности нового метода применимы не только при операциях по удалению аденоидов и миндалин. Молекулярно-резонансная технология хорошо зарекомендовала себя при оперативном лечении храпа и экссудативного отита[13].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Virchow, R. Cellular-pathologie. // Archiv f. pathol. Anat.. — 1855. — Т. 8, № 1. — С. 3—39. — doi:10.1007/BF01935312. Архивировано 21 октября 2017 года.
  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 Архивная копия от 8 апреля 2019 на Wayback Machine. Engineering and science, 23(5), 22-36.
  4. ↑ Denkewalter, R. G., & Tishler, M. (1966). Drug research—whence and whither. Архивная копия от 11 июня 2018 на Wayback Machine 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 Архивная копия от 25 октября 2017 на Wayback Machine. Nature, 522(7554), 20.
  7. ↑ Восемь красных линий. Молекулярная хирургия позволяет провести операции без боли и зазрезов. Дзен. Дата обращения: 8 мая 2024.
  8. ↑ Endoscopic Molecular-Guided Surgery Eradicates Cancer, MedImaging.net (9 апреля 2012). Дата обращения: 30 июля 2024.
  9. ↑ Paterson, M. C., Bech-Hansen, N. T., & Smith, P. J. (1981). Heritable radiosensitive and DNA repair-deficient disorders in man. Архивная копия от 2 июня 2018 на Wayback Machine In Chromosome damage and repair (pp. 335—354). Springer US.
  10. ↑ 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. Архивная копия от 3 ноября 2017 на Wayback Machine ACS nano, 10(1), 1060—1066. doi:10.1021/acsnano.5b06383
  11. ↑ J. P. Pawlow (1902). Die physiologische Chirurgie des Verdauungskanals Архивная копия от 21 октября 2017 на Wayback Machine. Ergebnisse der Physiol., vol. 1, no. 1, pp. 246—284, 1902.
  12. ↑ Klabukov I. D., Volchkov P. Yu., Lyundup A. V., Dyuzheva, T. G. Молекулярная и ферментативная функциональная хирургия будущего [Molecular and enzymatic functional surgery of the future].
  13. ↑ 1 2 Молекулярно-резонансная лор-хирургия пришла в Россию - Клиника новых технологий (англ.). krasclinic.ru. Дата обращения: 30 июля 2024.

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.
Источник — https://ru.ruwiki.ru/w/index.php?title=Молекулярная_хирургия&oldid=1191201880