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.

История[править | править код]

В 1855 году немецкий врач и ученый Рудольф Вирхов, один из основоположников клеточной теории в биологии и медицине, ввел 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. 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 позволяет 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 за 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 свое 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. В настоящее время проходят испытания системы молекулярной хирургии для лечения кардиомиопатий[5], серповидноклеточной анемии и некоторых онкологических заболеваний[6].

Ферментативная хирургия[править | править код]

Исправление масштабных дефектов тканей является целью другого направления — ферментативной хирургии (англ. enzymatic surgery)[7]. 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 путем 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 органов (печень, желудочно-кишечный тракт, почки, легкие, 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, бактофекции, а внешнее управление выполняться методами биофотоники и оптогенетики[8].

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), представляют собой развитие методического приема «физиологической хирургии» И. П. Павлова (1902)[9] и современного представления о персонализированном подходе к хирургическому лечению пациента.

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. 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.
  8. 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
  9. 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.

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.