В сша планируется использование биопринтеров для лечения бактериальных заболеваний - kupihome.ru

Содержание

В сша планируется использование биопринтеров для лечения бактериальных заболеваний

Пробиотики для кишечника

Пробиотики – это живые микроорганизмы, улучшающие флору кишечника. Термин «пробиотик» должен применяться только после того, как были проведены контролируемые клинические исследования на людях, и препарат положительно влиял на здоровье человека.
В научном сообществе для обозначения штамма называется его тип, вид, буквенный/буквенно-цифровой код. Например, Lactobacillus rhamnosus GG. Торговые названия препаратов могут быть разные.

Общие сведения о микрофлоре кишечника

В кишечном тракте обитает более 500 штаммов микробных тел. Количество микроорганизмов значительно больше, чем общее число клеток в нашем теле, и в толстом кишечнике превышает 40 миллиардов. Некоторые микробы плотно сцеплены с внутренней поверхностью кишки и формируют биологическую пленку, выстилающую ее слизистую оболочку. Остальные микробные тела заселены в просвете.
Бактериальная флора пищеварительного тракта – жизненно необходимый компонент для функционирования организма человека. Она реализует следующие местные и системные задачи:

  • питает организм, обеспечивая его энергией;
  • управляет перистальтикой – продвижением содержимого кишечника к выходному отверстию;
  • поддерживает ионное постоянство внутренней среды;
  • обезвреживает и выводит токсичные соединения;
  • разрушает вещества, вызывающие наследственные изменения – мутации;
  • активизирует действие медикаментов;
  • образует молекулы для передачи сигналов другим клеткам – сигнальные молекулы;
  • стимулирует иммунитет местно и системно;
  • обеспечивает защиту клеток от вредного воздействия;
  • подавляет рост болезнетворных микробных тел, перехватывает и выводит вирусы;
  • участвует в обменных процессах белков, в регулировании жёлчных кислот, веществ с высокой биологической активностью;
  • принимает участие в выработке витаминов группы В, пантотеновой кислоты.

Качественный состав бактериальной флоры у каждого человека разный и зависит от штаммов, первоначально сформировавших флору ребенка после рождения, культуры питания и частично связан с наследственной предрасположенностью. Основные типы микробных тел толстой кишки человека (90 %) составляют Firmicutes и Bacteroidetes. Остальные 10 % делят Proteobacteria, Actinobacteria, Fusobacteria, Verrucomicrobia.

Лечение антибиотиками, гормонами, противоопухолевыми препаратами, практически все хронические болезни кишечника подрывают его здоровую флору, меняя качественный и/или количественный состав. Развивающийся дисбактериоз нарушает обменные и иммунные процессы в организме и в некоторых случаях приводит к тяжелым патологическим состояниям. В зарубежной литературе дисбактериоз обозначают термином «синдром избыточного роста бактерий». Это определение распространяется сейчас и в отечественной гастроэнтерологии.

Дисбактериоз развивается при аллергических болезнях, ожирении, сахарном диабете, лучевой терапии, при операциях, стрессах, дальних поездках, связанных со сменой часовых поясов, снижении иммунитета. И его наличие является причиной, ухудшающей течение основной болезни.

Коррекция и профилактика нарушений микробиоценоза кишечника

Факторы, оказывающие негативное воздействие на флору кишечника, широко распространены. Поэтому вопрос о восстановлении микробиоценоза кишечника и предупреждение расстройств стоит остро. Для этого рекомендуется комплекс лечебно-профилактических мер:

  • излечение болезни, повлекшей развитие нарушений биотопа (экосистемы) кишки;
  • соблюдение диеты;
  • очищение пищеварительного тракта от патогенной флоры;
  • восстановление микробиоценоза.

Для реабилитации здорового состава кишечной экосистемы назначают пробиотики и пребиотики.
Пробиотики (эубиотики) – это живые микробные тела, применяемые в лечебных целях для коррекции микробиоты. Это монокультура, которая включает в свой состав один штамм: Лактобактерин – ацидофильные лактобактерии, Бифидумбактерин – бифидумбактерии бифидум.

Симбиотик – многокомпонентное пробиотическое средство, в которое включено несколько штаммов живых микроорганизмов: Бификол, Полибактерин, Линекс.
Пребиотики – питательный субстрат, активизирующий рост бактерий. Он стимулирует обменные процессы, поддерживает жизнедеятельность экосистемы. Это немикробные препараты, которые не расщепляются под воздействием ферментов в желудке и кишечном тракте.

Пребиотики содержатся в следующих продуктах: хлебобулочные изделия, топинамбур, горох, соя, фасоль, водоросли, банан, чеснок, лук, молочные продукты, сыворотка, отруби, кукурузные хлопья, цикорий и другие. Свойствами пребиотиков обладают инулин, галактоолигосахариды (углеводы), фруктоолигосахариды, лактулоза, Хилак форте, лактитол.
Хилак форте – стерильный концентрат продуктов обмена веществ здоровой микрофлоры кишечника. Содержит лактозу, молочную кислоту, аминокислоты, молочные буферные соли, летучие жирные кислоты. Препарат помогает восстановить микрофлору кишечника, формируя неблагоприятную среду для развития патогенных микробов, улучшает восстановление поврежденных клеток эпителия, восстанавливает водно-электролитный баланс в просвете кишки.

Синбиотики – это комбинация пробиотиков и пребиотиков, служащих источником питания для микроорганизмов: Бифидобак, Биовестин-лакто.
Существует четыре поколения пробиотических средств (смотри таблицу 1).
Таблица 1

Экосистема толстой кишки (биотоп) многообразна и сложна. Есть мнение, которого придерживается немало врачей, что применять пробиотики длительно нельзя. Однако это не умаляет ценности препаратов, так как у них другие выраженные полезные эффекты.

Место пробиотиков в терапии и профилактике инфекционных заболеваний кишечника

Бактерии микрофлоры защищают от инфицирования, перехватывая вирусы непосредственно в кишечном тракте, а также активизируя иммунитет. Соперничество между микроорганизмами проявляется в конкуренции за субстраты для роста и за места прикрепления, стимуляции перистальтики кишечника, выработке антибиотикоподобных веществ.
Пробиотики снижают частоту инфекционных осложнений у следующих пациентов:

  • находящихся на продолжительном или повторном курсе лечения антибиотиками;
  • лечащихся в отделениях реанимации и интенсивной терапии;
  • проходящих курсы реабилитации после перенесенных серьезных хирургических вмешательств.

При назначении пробиотиков Lactobacillus casei и L. rhamnosus в реанимационном отделении у пациентов в два раза сокращалась частота возникновения пневмонии, связанной с искусственной вентиляцией легких, в три раза снижалась опасность заселения верхних путей дыхательной системы синегнойной палочкой.
Пробиотики L. reuteri, L. casei, LGG, B. lactis, назначают при инфекционном жидком стуле для понижения частоты и длительности течения. Особенно эффективны препараты при ротовирусной диарее.

Диарея, вызванная Clostridium difficile – возбудителем псевдомембранозного колита или терапией антибиотиками, развивается реже при назначении пробиотиков Saccharomyces boulardii и L. plantarum 299v. Прием пребиотика Хилак форте помогал нормализовать микрофлору кишечника у пациентов, лечившихся антибиотиками.
Частота диареи снижается на 50 % при назначении Clostridium butyricum или B. lactis в сочетании со Streptococcus thermophilus детям, получающим антибиотики.

Уничтожение Helicobacter pylori – бактерии, которая инфицирует различные области желудка и двенадцатиперстной кишки, проходит более эффективно с одновременным приемом пробиотиков L. gasseri и L. acidophilus. Назначение L. Johnsoni месячным курсом сокращает обсеменение хеликобактерной инфекцией у школьников.
Частота гнойных осложнений после хирургической операции снижается с 31 до 4 % при приеме L. plantarum 299v, также пробиотик назначают после трансплантации печени.

Лечение синдрома раздраженного кишечника

Синдром раздраженного кишечника протекает со следующими патологическими нарушениями: расстройство координации в паре «головной мозг – кишка», повышенный порог восприятия боли в пищеварительной трубке, расстройства моторики толстой кишки.

Основное значение в развитии болезни играют нарушение согласованной работы между флорой кишечника, слизистой поверхностью и местным иммунитетом. Структура экосистемы у людей с синдромом раздраженного кишечника сильно меняется. Существенно снижается количество лактобактерий и бифидобактерий, объем сопутствующей флоры возрастает. Это дает основание для введения пробиотических средств в план комплексной терапии болезни.

В 2005 году во Франции было проведено крупномасштабное исследование с достаточно высоким уровнем доказательности (II категории) для оценки влияния пробиотического продукта Активиа, обогащенного Bifidobacterium animalis DN-173 010 (торговое название ActiRegularis) на пациентов, страдающих запорами при синдроме раздраженного кишечника. Болезнь у участников исследования протекала в легкой и средней форме. Количество пациентов, чувствующих себя лучше через 21 день, было гораздо больше в группе, принимавшей Активиа – 65 % против 48 % случаев в группе, принимавшей плацебо (пустышку).
При заболевании синдромом раздраженного кишечника в комплексной терапии эффективны следующие пробиотики:

  • L. sporogenes, L. casei, L. bulgaricus, L. acidophilus, L. plantarum;
  • S. thermophilus;
  • B. infantis, B. breve, B. animalis, B. longum.

Эти пробиотические средства рекомендует Российская гастроэнтерологическая ассоциация, так как их терапевтическое действие подтверждено доказательными исследованиями. Препараты необходимо применять в дозе, рекомендуемой изготовителем. Лечебный эффект проявится минимум через месяц приема.

Назначение пробиотиков при воспалительных заболеваниях толстой кишки

В основе болезней толстой кишки, связанных с воспалением, лежат патологические изменения иммунного характера. К ним относят язвенный колит и болезнь Крона. Воспаление толстой кишки бесспорно нарушает ее экосистему, вызывая дисбактериоз. Зафиксированы наблюдения, что при активных формах подобных патологий снижается число бифидобактерий и лактобактерий, подвидов Faecalibacterium, которые обладают защитным противовоспалительным действием. При ремиссии (ослаблении симптомов болезни) микрофлора кишечника восстанавливается.

Язвенный колит

Пробиотические средства успешно применяются при терапии язвенного колита. Препараты снижают интенсивность воспалительных процессов в толстой кишке, предотвращают развитие болезни.

По сведениям Всемирной организации гастроэнтерологов, существуют объективные доказательства эффективного применения пробиотика VSL#3 для профилактических мероприятий первичного приступа поухита – воспаления ме́ста соединения кишки после выполнения операции при язвенном колите. Препарат способствует предупреждению возобновления болезни при лечении антибиотиками.
Пробиотик E. coli Nessle обладает действием, равнозначным мезасалазину, поэтому может использоваться для поддержания ремиссии язвенного колита.

Болезнь Крона

Клинические испытания высокого уровня доказательности при болезни Крона не проводились. Пробиотические средства положительно влияют на состояние кишечника при этой патологии, но доказательств их результативного действия на поддержание ремиссии нет.

Пробиотики на фоне антибактериальной терапии

Антибактериальные препараты показали высокую эффективность в терапии различных заболеваний, но их применение связано с рядом неблагоприятных расстройств и осложнений:

  • послабление стула, сопряженное с приемом лекарств;
  • негативное влияние на биологическую флору кишечника;
  • возможное развитие заболеваний, вызванных патогенами, «спящими» в организме и активизирующихся при ослабленном иммунитете;
  • формирование устойчивости болезнетворных бактерий к антибактериальным лекарствам.

Исследование высокого уровня доказательности подтвердили, что назначение пробиотиков на фоне антибактериальной терапии снижает частоту неблагоприятных эффектов с 38,5 до 24,5%. Также установлено, что прием пробиотиков является профилактической мерой для развития избыточного обсеменения кишечного тракта кандидами.
Коррекция расстройств проводится пробиотиками Lactobacilli spp., Bifidobacteria spp., Enterococcus faecium. Их использование способствует повышению местного и общего иммунитета, снижает риск проявления аллергических реакций.

Читать еще:  В калифорнии хотят ввести запрет на использование бензиновых и дизельных авто

Прием пробиотиков как вариант предупреждения возникновения колоректального рака

Крупное клиническое исследование доказало, что назначение лактулозы на протяжении полутора лет снижает частоту возобновления аденоматозного полипоза кишечника с 35,9 до 14,7 %.
Исследования животных со злокачественными новообразованиями толстой кишки показало, что стимуляция роста бифидобактерий подавляет развитие опухоли. Молочнокислые бактерии меняют качественный и количественный состав биотопа толстой кишки, воздействуют на ее обменную активность, связывают канцерогены. Пробиотик, состоящий из C. butyricumи Bacillusmesentericus, S. Faecalis, уменьшает формирование канцерогенных компонентов ДНК. Пробиотик L. casei оказывал защитное действие при канцерогенном повреждении толстой кишки у животных.
Исследования эффективности применения пробиотиков для профилактики злокачественных опухолей толстой кишки продолжаются.

Пробиотики являются перспективным средством предупреждения развития патологий пищеварительного тракта, терапии заболеваний. Лекарства повышают качество жизни не только больных, но и здоровых людей. Клинические исследования продолжаются. Возможно, список показаний для назначения пробиотиков в гастроэнтерологической практике расширится.
В таблице 2 приведен список пробиотических средств с доказанной эффективностью. Указаны торговые названия препаратов и их цена.

Биопринтеры: что мешает напечатать человека полностью

Средняя продолжительность жизни человека в мире — 60 лет. Можно было бы и подольше, но есть несколько препятствий. Одно из главных — человеческие органы изнашиваются.

Эту проблему можно решить, если заменить неработающие органы на новые. Поэтому ученые возлагают большие надежды на 3D-печать человеческих органов и тканей: это как обычная 3D-печать, только вместо пластмассовых «чернил» из принтера появляются живые клетки. Они слой за слоем выстраиваются в нужный орган.

Печать органов

Первый принтер, который умеет печатать человеческие клетки, появился в 2001 году: его создал ученый Томас Боланд на базе самого обычного принтера, который печатал чернилами по бумаге. Тот первый принтер умел строить цепочки ДНК.

Спустя два года Боланд запатентовал устройство, которое могло строить клеточные каркасы, — это был первый в мире биопринтер. Потом на основе технологии Боланда ученые печатали практически все органы и части тела, от ушных раковин до печени, желудка и яичников. Практически все «запчасти» уже пробовали пересадить животным, но до людей дело доходит редко.

Печать тканей и сосудов

В британском университете Суонси разработали принтеры «Альфа» и «Омега». «Альфа» печатает участки костей, и они уже используются в больницах. «Омега» печатает мягкие ткани: связки, мышцы, жир и кожу. Пока что они не пересаживались людям.

В Америке научились делать кровеносные сосуды: в качестве «чернил» выступают стволовые клетки. А в Институте регенеративной медицины в Уэйк-Форесте (тоже США) уже умеют печатать кожу прямо на теле. Например, в принтер, который занимает целую комнату, помещают свинью с порезом — и заращивают ранку новыми клетками.

Совсем недавно российская компания создала биопринтер, который печатает ткани сразу с сосудистыми руслами. Предполагается, что такие сложные материалы проще создавать в невесомости (конструкции не «проседают» под своим весом и получаются прочнее), поэтому испытания будут проводиться на орбите совместно с «Роскосмосом». Начнут с щитовидной железы и хрящей.

Российская компания создала биопринтер, который печатает ткани сразу с сосудистыми руслами. Предполагается, что такие сложные материалы проще создавать в невесомости.

Хирургическая практика

Технология биопринтинга может быть использована не только для печати органа, но и для печати опухоли в нем. Это нужно, чтобы студенты медицинских вузов практиковались на реальных человеческих тканях. И чтобы практикующие хирурги могли «отрепетировать» сложную операцию.

Проверка новых лекарств

Прежде чем новое лекарство попадет на рынок, его нужно много раз проверить. Сначала в лаборатории, потом на животных, потом на людях. Даже на последних этапах исследований это остается опасным процессом, потому что люди всё-таки сильно отличаются от мышей.

Недавно фармацевты начали использовать напечатанные клетки, чтобы тестировать лекарства: создают нужный участок тела и смотрят, как он реагирует на препарат. Первые опыты проводились на искусственной печени. По статистике, токсическое поражение этого органа — самая частая причина, из-за которой лекарство не доходит до массового рынка.

Сверхспособности

В университетах по всему миру ученые работают над комбинациями биоматериала и электроники. В 2013 году в Принстоне создали протез уха, в которое встроена усиливающая антенна: если ухо пришить человеку, он сможет слышать гораздо лучше. Еще бионическое ухо умеет воспринимать радиоволны — с ним можно слушать радио без гаджетов.

Пока что «сверхорганы» проходят этап исследований и проверок: их создают и изучают, пришивают животным, но не людям. По словам Юсефа Хесуани, одного из ведущих исследователей биопечати в России, первая операция по пересадке «сверхоргана» человеку пройдет не раньше 2020 года.

Что еще предстоит сделать

У биопринтеров много применений, но мы почти ничего не сказали об опыте пересадки органов, кожи, сосудов в настоящих живых людей. Просто потому, что таких примеров мало. Этому есть несколько объяснений, и описаны они в докладе британской исследовательской компании IDTechEx.

Во-первых, пока неясно, как «запускать» неродные органы. Можно сделать желудок, пришить его на нужное место, но как заставить этот желудок работать? Есть разные способы, например электрические и химические импульсы, но они не дают гарантий.

Кроме того, клетки — подвижный мягкий материал, который легко деформируется. Чем больше площадь печати, тем больше конструкции нужны «леса» — каркас, который будет ее поддерживать. Кто-то предлагает печатать ткани сразу в теле человека, кто-то — использовать «носителя» (например, выращивать человеческие органы в животных). Многие предложения за гранью или фантастики, или этики, и универсального рецепта не найдено. Печать может занимать много времени. Например, на мочевой пузырь уходит около месяца. Всё это время конструкцию нужно аккуратно поддерживать в специальной среде, и получается просто дорого.

И, наконец, постоянно ведутся споры об этической стороне биопечати. Ее мало кто может себе позволить, и это увеличивает разрыв между бедными и богатыми. Печать всё еще опасна и недостаточно протестирована. Она идет против природы, ведь получается, что мы сами можем сделать себя лучше. Споры вокруг этих вопросов не утихают.

Тем не менее один из директоров Google Рэймонд Курцвейл предположил, что к 2031 году в каждой клинике будет стоять биопринтер, который сумеет печатать и органы, и ткани. Звучит хорошо, но нам предстоит пройти еще долгий путь клинических испытаний (удачных и неудачных), прежде чем мы сможем массово пересаживать полноценные напечатанные органы.

Супербактерии побеждают: что нужно знать об этой угрозе человечеству и как быть с антибиотиками

В прессе все чаще говорят о скором кошмарном будущем, где можно будет погибнуть от безобидного пореза: все лекарства окажутся бессильны против даже самой простой инфекции. Апокалиптические сценарии еще далеки от реальности, но проблема антибиотикорезистентности – устойчивости бактерий к лекарствам – с каждым годом становится все острее.

На прошедшей неделе в Давосе британский министр здравоохранения Мэтт Хэнкок призвал «предотвратить ужасное будущее», в котором люди окажутся беззащитны перед бактериями с множественной лекарственной устойчивостью (их иногда называют «супербактериями» или «супермикробами»).

Представляя свой план борьбы, Хэнкок сравнил масштаб проблемы антибиотикорезистентности с войнами и изменением климата. Похожими формулировками оперирует Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и специалисты по всему миру.

Настоящее Время разобралось для вас в антибиотиках и супербактериях.

Насколько все плохо?

Ситуация пока не критическая, но очень серьезная. Бактерии научились противостоять даже самым сильным и редко применяемым лекарствам («антибиотикам резерва», таким, как колистин), при этом с 1980-х годов принципиально новых антибиотиков ​практически не появлялось. Исследования идут, но они слишком долгие и дорогие – а бактерии вырабатывают неуязвимость против антибиотиков куда быстрее. Дело осложняется и простотой путешествий: супербактерии получают возможность легко распространяться по всему миру.

Авторы британского исследования антибиотикорезистентности (2016 год) оценивали, что количество смертей от таких супербактерий в мире может вырасти примерно с 700 тысяч в год до 10 млн ежегодно к 2050 году – это больше, чем число жертв онкозаболеваний (на момент публикации). Потери ВВП при таком сценарии достигнут 100 триллионов долларов.

Пока не существует систем, позволяющих полноценно отслеживать мировую ситуацию с антибиотикорезистентностью в мировом масштабе. Проект ВОЗ под названием GLASS стартовал в 2015 году и по состоянию на конец 2018 года включал в себя лишь 71 страну. В последний отчет (опубликован в январе 2019 года) вошли данные об антибиотикорезистентности всего из 49 стран, при этом их качество пока не позволяет сравнивать между собой ситуацию в различных государствах и регионах.

В региональных отчетах также не много поводов для оптимизма. Страны Евросоюза за восемь лет (2007-2015) зафиксировали более чем двукратный рост числа погибших от инфекций, вызванных неуязвимыми для антибиотиков микробами, говорится в недавнем исследовании. По количеству потерянных лет здоровой жизни в пересчете на 100 тысяч населения (170) подобные инфекции практически сравнялись с суммарным эффектом ВИЧ, гриппа и туберкулеза (183). Более всего таким инфекциям в ЕС подвержены дети до года и люди старше 65 лет.

Хотя в еще одной свежей публикации крупный госпиталь Марселя показал, что за 15 лет (2001-2016) у них ситуация с резистентностью к антибиотикам не ухудшилась. К тому же, судя по мировой прессе, пока неуязвимые к абсолютно всем антибиотикам инфекции все же не носят массовый характер: громче всего обсуждали отчет двухлетней давности о 70-летней американке, погибшей от неуязвимой для всех антибиотиков бактерии (ее она скорее всего подхватила в Индии, где попала в больницу с переломом).

Какие именно организмы называют супербактериями?

Супербактерии (супермикробы) – это микроорганизмы, обладающие устойчивостью сразу к нескольким антибиотикам. Иногда – ко всем существующим.

В 2017 году ВОЗ опубликовала список из 12 бактерий, для борьбы с которыми срочно нужны новые антибиотики. Критически важны лекарства, способные справиться с устойчивыми к карбапенему энтеробактериями (например, кишечной палочкой E.Coli), синегнойной палочкой (Pseudomonas aeruginosa) и ацинетобактером (Acinetobacter baumannii). Чаще всего именно эти возбудители вызывают так называемые «внутрибольничные инфекции», с которыми врачам особенно сложно бороться из-за множественной устойчивости бактерий и ухудшенного состояния больных.

Читать еще:  Как правильно надевать и носить вакуумные, накладные и другие наушники

Также в список ВОЗ попали ванкомицин-резистентные энтерококки (Enterococcus faecium), невосприимчивый к метициллину и ванкомицину золотистый стафилококк (methicillin-resistant staphylococcus aureus, MRSA), цефалоспорин- и фторхинолон-резистентный гонококк, кларитромицин-резистентный хеликобактер и другие бактерии. Они вызывают серьезные болезни: заражение крови, менингит, пневмонию, инфекции мочевыводящих путей и гонорею.

Часто в материалах об антибиотиках фигурируют понятия “грамположительные бактерии” и “грамотрицательные бактерии”. Последние (например, кишечная палочка) обладают двумя клеточными мембранами: с ними сложнее бороться, и эффективных против них антибиотиков в мире меньше.

Как действуют антибиотики и появляется резистентность?

Антибиотики или «противомикробные препараты» – особые вещества, останавливающие рост клеток бактерий или уничтожающие их. Для этого существуют несколько механизмов: как правило антибиотики атакуют клеточную стенку, мешают синтезу белка или ДНК бактерий.

Резистентность к антибиотикам обнаружили вскоре после их появления. Первый в мире антибиотик – перевернувший медицину ХХ века пенициллин – Александр Флеминг открыл в 1928 году, но массово применять его начали лишь в 1942-м. Еще до этого, в 1940-м стало известно об устойчивой к пенициллину кишечной палочке.

Бактерии постоянно меняются, чтобы стать невосприимчивыми к действию антибиотиков: «выгодные» мутации передаются бактериями друг другу. Микробы приспосабливаются к антибиотикам даже в огромной концентрации крайне быстро. Посмотрите на видео, как всего за 11 дней кишечная палочка адаптируется к тысячекратной дозе (в центре) антибиотика:

Главными «инкубаторами» супербактерий оказываются больницы: там, где постоянно применяются мощные антибиотики, растут популяции невосприимчивых к ним микробов. Способствует развитию устойчивости бактерий и сельское хозяйство: там антибиотики широко применяют для профилактики болезней и ускорения роста животных.

Смертельна ли встреча с супербактерией?

Для здорового человека с нормальным иммунитетом – нет. Но чаще всего такие микробы встречаются в больницах, куда попадают люди, уже ослабленные той или иной болезнью. Для пациентов (например, находящихся на искусственной вентиляции легких) встреча с супербактериями может запросто стать фатальной.

Сейчас без антибиотиков невозможны сложные хирургические операции, трансплантации и борьба с раком посредством химиотерапии. Последняя обычно значительно подавляет иммунитет: для таких больных даже самая обычная инфекция может стать смертельной, не говоря уже о вызванной супермикробами.

При этом с инфекциями от мультирезистентных бактерий, пока на них действуют хоть какие-то антибиотики, можно жить, пусть даже это и будет сопряжено со страданиями.

Эмили Моррис рассказала, что супербактерию в ее мочевом пузыре обнаружили в подростковом возрасте и с тех пор ей пришлось перепробовать множество антибиотиков, в том числе «препараты резерва», вроде карбапенема.

Во время беременности она была вынуждена принимать антибиотик, не проверявшийся на беременных, ее новорожденному ребенку пришлось сразу пройти курс терапии антибиотиками. «Это было очень страшно», – рассказывала 24-летняя Моррис журналу New Scientist в 2017 году.

32-летняя Кэтрин Уильямс уже более 10 лет постоянно принимает антибиотики из-за болезни мочевыводящих путей, вызванной супербактериями.

«Каждый раз, когда заканчивается курс приема антибиотиков, болезнь возвращается, – говорила она в интервью BBC. – Боль просто приковывает тебя к постели до следующего курса приема антибиотиков. То, что мне придется принимать антибиотики всю жизнь, меня очень пугает».

Что в России и других постсоветских странах?

В России и других постсоветских странах – например, Украине, Казахстане, Беларуси – антибиотики долго продавались без рецепта. Это вело к злоупотреблениям и самолечению, а в итоге – способствовало развитию резистентности у бактерий.

В октябре 2017 года в России приняли «Стратегию предупреждения распространения антимикробной резистентности». Документ, подписанный главой правительства Дмитрием Медведевым, предусматривает два главных этапа:

  • До 2020 года население будут информировать о правильном использовании антибиотиков, работать над лучшим выявлением резистентности и определении базовых показателей, как оценивать ее распространенность.
  • На втором этапе (до 2030 года) планируется снизить число случаев болезней, связанных с супербактериями.

Почему так долго не появляются новые антибиотики?

За последние десятилетия арсенал медиков практически не пополнялся антибиотиками принципиально новых классов. Причин тому несколько.

Разработка таких лекарств – это сложное и затратное занятие, обходящееся в сотни миллионов или миллиарды долларов. Для фармакологических компаний оно не всегда интересно с коммерческой точки зрения: курсы антибиотиков обычно краткосрочны, в отличие от лекарств для хронических заболеваний (антиретровирусная терапия, например, людям с ВИЧ необходима всю жизнь). К тому же из-за быстрого возникновения резистентности растет риск обесценивания инвестиций в разработку новых препаратов.

Тем не менее, в последнее время вошли в обиход мощные антибиотики, полученные на базе старых открытий – в первую очередь, Линезолид (Зивокс). Да и представители существующих классов все время совершенствуются и нередко могут усиливать эффект при совместном использовании.

Что делать?

ВОЗ рекомендует использовать антибиотики только по назначению врача (а врачам – их разумно назначать) и всегда полностью проходить курс лечения, а не останавливать прием антибиотиков сразу после улучшения самочувствия.

Также рекомендуется не хранить, не использовать заново и не передавать другим оставшиеся дозы лекарства.

Важно не пытаться лечить вирусные заболевания антибиотиками, вакцинироваться, укреплять собственный иммунитет и тщательно соблюдать правила гигиены, рекомендует ВОЗ.

Также есть смысл по возможности избегать больниц в регионах, где санитарная ситуация далека от идеальной. В первую очередь – в Азии и Африке. По данным британского отчета, там к 2050 году будет больше всего погибших от инфекций супербактериями.

Если у вас или у близких есть подозрение на такую инфекцию, добейтесь консультации специалиста по инфекционным болезням. Недавнее исследование показало, что это может на 50% снизить смертность от инфекций, вызванных бактериями с множественной лекарственной устойчивостью.

Чего ждать в будущем?

Проблемой невосприимчивости к антибиотикам годами занимаются ученые и специалисты в области охраны общественного здоровья, и поводы для оптимизма есть.

ВОЗ в 2015 году одобрила глобальный план по борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам. Различные страны – в том числе США, Россия и совсем недавно Великобритания – принимают собственные комплексы мер по борьбе с устойчивостью бактерий к антибиотикам. Обычно они включают информирование пациентов и врачей о разумном использовании препаратов, ограничения на применение антибиотиков в сельском хозяйстве и содействие разработкам новых классов антибиотиков.

Несмотря на все сложности, такие разработки уже идут и появляются отдельные многообещающие результаты. Например, теиксобактин – принципиально новый антибиотик, открытый в 2015 году группой ученых из США, Германии и Великобритании.

В конце 2017 года его научились эффективно синтезировать, а в 2018-м действие синтетического теиксобактина успешно проверили на мышах. Но до появления лекарства для людей еще далеко: по оценкам ученых, 6-10 лет.

Оно может и вовсе не появиться: например, многообещающий платенсимицин, представленный в 2006 году, так и не добрался до полноценных клинических тестов из-за его неэффективности при введении стандартными методами. Однако исследования принципов работы платенсимицина позволяют надеяться на появление новых, более эффективных разработок.

В начале 2018 года ученые Рокфеллеровского университета в США представили еще один принципиально новый класс антибиотиков – малацидины, но до появления лекарств на их основе понадобится еще больше времени.

Рассматриваются и другие варианты терапии против супербактерий: целенаправленное усиление иммунитета, антимикробные пептиды, синтетические вещества, позаимствованные у вирусов, добавление особых элементов к уже существующим антибиотикам для повышения эффективности и другие способы. Однако все они пока находятся на разных стадиях готовности и для массового клинического использования не одобрены.

В сша планируется использование биопринтеров для лечения бактериальных заболеваний

Журнал добавлен в корзину.

Биопечать вместо донорских органов

Проблема нехватки донорских органов для пересадки заставляет искать биомедицинские решения, не требующие использования донорского материала.

Проблема нехватки донорских органов для пересадки заставляет искать биомедицинские решения, не требующие использования донорского материала. Технологии регенеративной медицины на сегодняшний день считаются наиболее перспективными. К ним относят генную и клеточную терапию и инжиниринг тканей. В последнее время бурное развитие получило ещё одно направление регенеративной медицины — 3D-биопринтинг. Суть метода — сборка тканей и органов из конгломератов клеток, подобно конструктору. Осуществляют такую сборку, или биопечать, на специально разработанных 3D-биопринтерах, подобно тому как печатают на 3D-принтерах различные детали — послойно, по цифровой (компьютерной) трёхмерной модели. Картриджи принтеров при этом заправляют сфероидами — конгломератами клеток, которые «капают» на специальную подложку — своеобразную биобумагу. Напечатав один слой из клеточных сфероидов, сверху наносят второй, который «срастается» с первым. Так постепенно получают объёмный живой объект — ткань или орган. Один из пионеров в области биопечати органов и биофабрикации тканей — Владимир Александрович Миронов, профессор университета Вирджинии (Virginia Commonwealth University, США) и научный руководитель компании «3D Bioprinting Solutions» (Россия). В числе его разработок аппарат для производства тканевых сфероидов и гидрогель для получения объёмных тканевых конструкторов. Именно такой гидрогель выполняет роль «биобумаги» для биопечати.

Профессор Владимир Миронов ответил на вопросы читателей на портале журнала «Наука и жизнь» (http://www.nkj.ru/interview/). Публикуем сокращённую версию этого интервью.

— Как вообще родилась идея «печати» органов?

— Идея биопринтинга пришла ко мне, когда я увидел, что отдельные кольцевые фрагменты сердца эмбриона цыплёнка могут сливаться в трубку. Стало ясно, что живые ткани можно «собирать» из отдельных клеток или их конгломератов.

Некоторые технологии, необходимые для биопечати, уже существовали. Это, например, технологии быстрого прототипирования и аддитивного мануфактуринга (индустрия с оборотом в 1 млрд долларов), биомедицинский вариант которых и есть биопечать органов — управляемая компьютером послойная роботизированная биофабрикация.

— Но в состав каждого органа входит несколько видов клеток. Значит, для его «печати» все они нужны. Как будет решаться эта проблема?

— В идеале должны быть включены все типы клеток, однако, например, в случае почки можно исключить нервные и гранулярные клетки, клетки лимфатической системы. Основные функции почки — фильтрация и реабсорбция — могут выполняться и без этих клеток. (Отмечу, что «напечатанную» почку мы предполагаем получить к 2030 году.)

Читать еще:  Почему нет звука на телевизоре при подключении компьютера через hdmi

— За счёт чего клетки удерживаются в виде сфероидов? Почему сфероиды при печати не остаются отдельными элементами, а сливаются? И приобретают ли эти слившиеся элементы свойства нормальных тканей?

— Клетки контактируют друг с другом внутри клеточных сфероидов через рецепторы клеточной адгезии (от лат.
adhaesio — прилипание). Тканевые сфероиды сливаются так же, как, например, две капли масла в воде — под действием сил поверхностного натяжения, а также в результате клеточной перегруппировки и миграции. Тканеспецифичные сфероиды при слиянии образуют ткане- и органоспецифичные структуры с «нормальной» морфологией.

— Можно ли с помощью сфероидов создавать единичные слои клеток, например однослойный эпителий?

— Для создания монослоёв из клеток тканевые сфероиды не нужны. При создании одного или несколько слоёв тканевых сфероидов образуются трёхмерные структуры, а не двухмерный монослой. Технология получения клеточных монослоёв была разработана Теруо Окано (Teruo Okano, Japan). В настоящий момент она общепризнана и уже имеет клинические приложения.

— Идея воспроизвести живой, работоспособный орган кажется абсолютно фантастической. С какими органами уже начали работать? Как предполагается решать проблему кровоснабжения и иннервации (снабжения органов и тканей нервами. — ред.)? Как консервируется орган в процессе создания и какой предположительно у него «срок годности»?

— Создание трёхмерных человеческих тканей и органов — это уже не фантастика, а реальность. Лоуренс Боннасар (Laurence Bonnasar, Корнеллский университет, США) сообщил о полученном методом биопринтинга ухе, а Энтони Атала (Anthony Atala, США) — о хряще и коже.

Действительно, развитие технологии биопечати более сложных органов во многом зависит от эффективного решения проблемы формирования в них сосудистой сетки (васкуляризации). Для этого мы предполагаем использовать тканевые сфероиды с предварительно сформированной в них сосудистой сетью, так что орган будет печататься с заранее встроенной сосудистой системой. Успехи уже есть — в компании «Органово» (Organovo Inc., Сан-Диего, США) методом биопринтинга получены васкуляризированные трёхмерные микрофрагменты ткани печени из трёх типов клеток.

Иннервация «печатного» органа или ткани, конечно, желательна, но не обязательна, по крайней мере на первых этапах. Более того, теоретически возможна и постимплантационная реиннервация.

Напечатанные органы не консервируются. Их жизнеспособность поддерживается в специальном растворе в так называемом перфузионном биореакторе.

Что касается «срока годности» органа, то если говорить о периоде до пересадки его человеку, то это по крайней мере несколько дней. Если речь идёт о жизнеспособности уже имплантированного органа, то до конца жизни.

— Проводились ли эксперименты по пересадке «напечатанных» органов или тканей человеку?

— Насколько мне известно, человеку напечатанные органы пока не имплантировали. Подобные эксперименты проводили на животных, которым пересадили полученные методом 3D-биопечати кожу и хрящ.

— Ведутся ли разработки в области стоматологии? Работает ли кто-либо над воссозданием зуба целиком?

— В стоматологии в основном пока работают над трёхмерной печатью бесклеточных имплантов челюсти и зубов. Тканево-инженерными зубами занимаются в Японии, США и Бразилии. Есть, конечно, определённый прогресс, особенно в Японии, но до клинических испытаний пока далеко. Работ по биопечати живых зубов или челюстей я пока не видел, хотя биопечать трёхмерной костной ткани с использованием предварительно васкуляризированных тканевых сфероидов очень перспективна и вполне реальна.

— Недавно стало известно, что клетки в тканях упаковываются не хаотически, а в виде различных регулярных сетей, при этом только часть таких сетей входит в репертуар нормального развития. Как при печати органов предполагается вести контроль состава и взаиморасположения клеток и исключать нежелательные варианты клеточной упаковки (в том числе те, которые ведут к злокачественному перерождению)?

— Я не располагаю прямыми данными, подтверждающими, что упаковка клеток каким-то образом влияет на канцерогенность или определяет её. Скорее, мы имеем дело с обратной зависимостью: именно начальные свойства клеток определяют их потенциальную канцерогенность и способ упаковки. На уровне тканевых сфероидов упаковка клеток реализуется за счёт способности тканей к самосборке и клеточной самосортировке (в соответствии с гипотезой дифференциальной адгезии Малькольма—Штайнберга). На уровне надтканевых и органных структур упаковку осуществляет робот (биопринтер) на основе специально разработанной компьютерной программы. Онкобезопасность определяется правильным подбором и тестированием клеток на их онкогенность. Состав и взаиморасположение клеток в напечатанной трёхмерной тканевой или надтканевой структуре будет сначала контролироваться на фиксированных тканях различными морфологическими методами исследования, а затем преимущественно неинвазивными методами, чтобы не разрушать напечатанные живые структуры.

— Не будет ли проблем несовместимости при пересадке напечатанных 3D-тканей?

— При использовании аутологичных клеток, то есть клеток, полученных от пациента, как это планируется, согласно классической иммунологии, проблем с несовместимостью быть не должно.

— Откуда предполагается брать специализированные клетки для биопечати?

— В настоящий момент мы работаем с человеческими аутологичными стволовыми клетками из жировой ткани. Компания «Ситори Терапьютикс» (Cytory Therapeutics, Сан-Диего, США) разработала аппарат «Celution», позволяющий автоматически выделять стволовые клетки жировой ткани, полученной при липосакции, и сейчас эта технология проходит клинические испытания, в том числе и в России. Однако возможно использование и других типов стволовых клеток, в частности генетически модифицированных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток*. Но получить разрешение на клиническое использование генетически модифицированных клеток значительно труднее.

— Если в картридж закладываются стволовые клетки, то на каком этапе биопечати происходит формирование специализированных клеток (дифференцировка)? Есть ли проблемы с делением (пролиферацией) клеток напечатанного органа?

— Клеточная и тканевая дифференцировка стволовых клеток может проводиться на изолированных клеточных сфероидах до процесса биопечати. Мы не выращиваем органы, мы собираем их, как конструктор, из достаточного количества клеток и клеточных сфероидов, пролифелированных перед процессом биопечати. Поэтому размножение клеток делением после биопечати не требуется.

— Что предусмотрено для решения проблемы антибактериальной защиты клеток, из которых строится орган?

— Существуют понятия «асептики» и «антисептики». Любую возможность инфекции всегда можно предотвратить с помощью стерилизации. Стерилизация картриджа биопринтера и использование одноразовых картриджей не проблема.

— В настоящее время существует достаточно много различных научных групп, занимающихся биоинженерным восстановлением органов и тканей, и каждая из таких групп утверждает, что именно её технология наиболее эффективна. Какие критерии оценки эффективности того или иного метода вы могли бы предложить?

— Эффективность метода определяется тремя критериями. Первый — орган должен работать, то есть по крайней мере это должны показать испытания на животных. Второй критерий, который становится всё более и более важным, — цена. И третий — безопасность. С биологической точки зрения мощный конкурент метода 3D-биопечати — технология пересадки органов, выращенных из собственных стволовых клеток человека на «обесклеченном» донорском каркасе, который в организме человека постепенно биодеградирует. После пионерских работ в этой области профессора Паоло Маккиарини вышли четыре мощные статьи, в которых описаны выполненные по этой методике пересадки сердца, лёгкого, печени и почки. Но для такой технологии нужны доноры — это самый главный её недостаток.

— Какие, на ваш взгляд, «овраги» могут встретиться на пути технологии биопечати? Не окажутся ли они настолько непроходимыми, что развитие метода остановится? В истории медицины такие примеры есть.

— Трудности, препятствия и альтернативные подходы есть в любой деятельности, однако так называемых непреодолимых технологических барьеров в биопринтинге я пока не вижу. Всё упирается, скорее, в отсутствие адекватного уровня финансирования и создание мультидисциплинарной команды биоинженеров. С моей точки зрения, у биопринтинга большое будущее. Рано или поздно человеческие органы научатся печатать — это логика развития науки и технологий. Можно ли делать человеческие органы другими методами? Да, теоретически можно. Но обычно выигрывает технология, которую можно легко автоматизировать и роботизировать. А это как раз наиболее важные характеристики технологии 3D-биопечати.

— Приведёт ли развитие регенеративной медицины к прекращению нелегальной массовой торговли органами? И, как вы думаете, будут ли финансировать подобные исследования страны, не заинтересованные в прекращении такой торговли?

— Нет стран, заинтересованных в нелегальной торговле органами. По крайней мере, на официальном уровне. В любом случае, если нет рынка, то есть спроса, нет и торговли. Биопечать позволит раз и навсегда решить одну из важнейших проблем клинической медицины — нехватку человеческих органов для трансплантации. Поэтому технология 3D-биопечати должна рано или поздно привести к прекращению торговли органами, поскольку спрос на них просто исчезнет.

— Можно ли использовать метод трёхмерной биопечати для омоложения?

— Теоретически напечатанные органы будут продлевать жизнь пациентов и, если хотите, «омолаживать» их, но только на уровне ткани или органа, а не организма в целом. Совместно с бразильскими учёными и инженерами мы сейчас работаем над созданием прототипа роботизированного метода биофабрикации зачатков волос с последующей биопечатью волос прямо на голове человека.

— Когда 3D-принтеры подешевеют настолько, что любая больница сможет их закупать и использовать в повседневной работе?

— Точный неспекулятивный ответ дать, конечно, затруднительно. Во-первых, это будет зависеть от уровня финансирования исследований и разработок, конкурентоспособности технологии и размера потенциального рынка. Во-вторых, история тканевой инженерии показывает, что путь от идеи (статьи или патента) до продукта занимает 15—20 лет и более. Наконец, — это уже твёрдо установленный факт — цена на любой продукт высоких технологий со временем неизбежно падает и порою — в тысячи раз. Например, персональные настольные 3D-принтеры уже можно приобрести за пару тысяч долларов США.

Однако разработчики должны компенсировать свои затраты на исследования и получение разрешения на клиническое использование технологии. Так что изначально высокие цены на биомедицинские трёхмерные принтеры объяснимы. Общество может снизить цены на биопринтеры либо за счёт государственных субсидий на их разработку или покупку, либо за счёт снижения издержек на получение официального разрешения на их практическое применение.

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector