Біочипи діагностика в мікроформаті, 4science
Програма Erasmus+: гранти на навчання, викладання та стажування в ЄС
«Супермаркет технологій» та інші інструменти технологічного трансферу
Патентувати чи публікувати результати досліджень та розробок?
Діагностика захворювань за допомогою біологічних мікрочіпів – коник Інституту молекулярної біології РАН. Чого вдалося досягти команді, де можна спробувати на собі нову технологію, а також про держпідтримку розробок кореспонденту «Експіра» розповіла д.б.н., керівник групи аналізу геному людини Лабораторії біологічних мікрочіпів Інституту молекулярної біології РАН Тетяна Наседкіна.
Історія біочіпів
У 90-ті роки тепер уже минулого століття в українському Інституті молекулярної біології ім. В.А. Енгельгардта (ІМБ РАН) було запропоновано новий підхід до вивчення нуклеїнових кислот. Суть підходу полягала в тому, що досліджуваний зразок біологічних макромолекул одночасно взаємодіє з різними реагентами (зондами), що знаходяться на підкладці, хімічно пов'язані з нею та просторово відокремлені один від одного. Число цих зондів визначає набір параметрів, якими одночасно може аналізуватися мінімальна кількість досліджуваного зразка. Мікроскопічна матриця реагентів одержала назву біологічного мікрочіпа за аналогією з електронним мікрочіпом. Ідея такого підходу була висловлена у 1988 році академіком Андрієм Дарійовичем Мірзабековим та реалізована колективом співробітників під його керівництвом.
Я приєдналася до цієї роботи наприкінці 1990-х. До цього моменту багато технічних проблем, пов'язаних з використанням нової технології, були подолані, і можна було присвятити себе вирішенню біологічних завдань,пов'язаних із вивченням геному людини. Для мене це був дуже цікавий напрямок, оскільки за освітою я генетик.
Розвиток технології биочипов вимагало об'єднання зусиль фахівців із різних галузей науки. Андрію Дарійовичу вдалося зібрати унікальний колектив, до якого увійшли і хіміки, і фізики, і біологи, і інженери, і математики. Такий мультидисциплінарний колектив, коли для вирішення проблеми об'єднуються вчені з різних галузей, було закладено ще фундатором ІМБ В.А. Енгельгардтом, який зібрав під одним дахом інституту фізиків, біологів та хіміків. І ще треба зазначити, що в лабораторії працюють як досвідчені фахівці, які стояли біля витоків цих розробок разом із Мірзабековим, так і багато молоді, якій є в кого повчитися. Наукова школа, традиції, наступність поколінь та достатнє фінансування – це важливі складові успішного розвитку науки.
Одна з перших тем, яку мені доручив Андрій Дарійович, була пов'язана з діагностикою генетичних порушень раку крові (лейкозах). Проект, який ми ведемо зараз, також присвячений цій тематиці. За цей час з'явилася велика кількість нових даних та виникла потреба повернутися до проблем молекулярної генетики лейкозів на новому рівні.
Розробка біочіпів
У лабораторії розроблено безліч типів біочіпів, які використовуються для діагностики різних захворювань, у тому числі інфекційних. Одним з найбільш відомих та широко застосовуваних напрямів є діагностика лікарсько стійких форм туберкульозу. Створені в лабораторії ТБ-біочипи активно застосовуються у десятках протитуберкульозних установ країни для швидкого виявлення форми туберкульозу людини та контролю ефективності терапії. Але робота безпосередньо моєїгрупи фокусується на молекулярно-генетичному аналізі геному людини.
Роботу з діагностики лейкозів ми розпочали ще у 1998 році, у цей же час познайомилися з лікарями з Інституту дитячої гематології та почали співпрацювати. Тоді в нашій країні почали лікувати дітей за ефективними зарубіжними протоколами, які дозволяли досягти ремісії у великої кількості дітей, у багатьох випадках досягти повного одужання. Це був зовсім новий рівень лікування, для застосування якого ставало необхідним враховувати ті генетичні порушення, що призводили до розвитку захворювання. На цій основі будується вибір стратегії лікування, вибір лікарських препаратів.
Використовуючи біочіпи, нам вдалося розробити підхід для аналізу генетичних порушень (хромосомних транслокацій) при лейкозах, який має переваги перед іншими методами. Ми навчилися визначати, яка генетична поломка сталася у ракових клітинах хворого. Лікарі далі могли використовувати цю інформацію під час вибору лікування.
Істотний момент для успіху роботи полягав у тому, що від початку ми працювали у тісному контакті з лікарями-гематологами. Якщо йдеться про прикладні розробки, дуже важливо знаходити контакт із людьми, які збираються цим користуватися. Цей принцип було закладено ще Андрієм Даровичем. Потрібно добре уявляти, яку користь може принести та чи інша розробка.
Гранти та проекти, участь у ФЦП
У 2004 році лабораторія виграла великий грант на розвиток технології біочіпів у рамках федеральної цільової науково-технічної програми «Дослідження та розробки з пріоритетних напрямів розвитку науки та техніки 2002 – 2006». Туди увійшло кілька напрямків, у тому числі подальше вдосконалення біочипу для аналізу генетичнихперебудов при лейкозах, який отримав назву ЛК-біочіп.
Ще один напрямок, яким ми тоді почали займатися, - аналіз поліморфізму генів систем біотрансформації. Проводити такий аналіз важливо, тому що всі ліки, що потрапляють в організм людини, проходять через метаболічні шляхи та зазнають певних перетворень. Фармакологічна активність або токсичність ліків багато в чому залежить від роботи ферментних систем організму: може бути різна швидкість метаболізму, можуть утворюватися побічні токсичні продукти, все це може призводити до важких побічних реакцій або низької ефективності ліків у конкретної людини. Ця область важлива при лікуванні різних захворювань, і ми стали розвивати її в контакті з НДІ Акушерства та гінекології імені Д.О. Отта. Розроблений в результаті співпраці біочіп отримав назву ПФ-біочіп ("схильність та фармакогенетика"). ЛК-біочип та ПФ-біочип – перші біочіпи, які були створені за моєї безпосередньої участі та під моїм керівництвом.
Загалом завдяки цьому гранту наша лабораторія пройшла шлях від експериментальних розробок, які демонструють можливості нової технології, до реальних продуктів, рекомендованих Росздравнаглядом для використання у практичній медицині.
Ми як розробники біочіпів для генетичного тестування брали участь і в інших проектах ФЦП. З 2009 до 2011 року ми включилися до проекту, пов'язаного з аналізом генетичної схильності до інсультів. Там була досить велика дослідницька частина: пошук нових маркерів, аналіз геному з використанням біочипів високої густини, що містять 300 тисяч маркерів. Спільно з лікарями-неврологами та молекулярними генетиками були обрані найбільш перспективні на той моментгенетичні маркери, була розроблена тест-система ІНС-біочіп. Наразі ми продовжуємо цю роботу з лікарями 1-ї Міської лікарні та кафедри неврології РНІМУ ім. Н.І. Пирогова. Лікарі планують використовувати ІНС-біочип для вивчення генетичної схильності до інсульту та для того, щоб розробити алгоритм прогнозування ймовірності розвитку вторинного інсульту.
Ще один проект, у якому ми брали активну участь, був пов'язаний з вивченням генетичної схильності при нейродегенеративних захворюваннях (хвороба Альцгеймера, шизофренія, алкоголізм). Це великий дослідницький міжнародний проект. Ми розробили діагностичну тест-систему, яка зареєстрована як медичний вироб у Росспоживнагляді. Щоправда, поки що ця розробка не вийшла безпосередньо на медичну практику. Це пов'язано з тим, що нейродегенеративні захворювання складно піддаються генетичному аналізу, залишається ще багато незрозумілого щодо того, яку реальну роль грають вже описані в літературі генетичні маркери. Тим не менш, виконана велика робота, сподіваємося, що вона представлятиме реальний інтерес для лікарів через якийсь час.
Зараз ми активно співпрацюємо із РОНЦ ім. Н.Н.Блохіна. Ми брали участь у кількох спільних проектах, пов'язаних із вивченням схильності до онкологічних захворювань.
У деяких випадках добре відомий тісний зв'язок між наявністю мутацій у певних генах та ймовірністю виникнення раку.
Це стосується, наприклад, раку яєчників, раку молочної залози. Саме такий випадок був у Анжеліни Джолі, коли вона виявила мутацію, асоційовану зі спадковою формою раку, і вона вирішила зробити профілактичну операцію.
Також у попередній ФЦП 2007 – 2013 років ми брали участь у проектіщодо аналізу соматичних мутацій при онкологічних захворюваннях. В результаті цього проекту створено працюючий біочіп, який потрібен для точної діагностики та вибору молекулярно-спрямованої терапії раку легені, раку товстої кишки, меланоми. Найближчим часом ми збираємося провести останні клінічні випробування та отримати дозвіл Росздоровнагляду на використання його в медичній діагностиці.
Саме участь у Федеральних цільових програмах дозволило довести практично всі наші наукові розробки до промислового виробництва.
У ФЦП «Дослідження та розробки 2014 – 2020» мені здалося дуже важливим повернутись до теми молекулярно-генетичного аналізу лейкозів, хоча фактично ми не припиняли цю роботу протягом усіх цих років. Ми активно співпрацювали та співпрацюємо з ФНКЦ ДГОІ ім. Дмитра Рогачова, де ЛК-біочип упродовж кількох років використовується для молекулярної діагностики лейкозів у дітей. Актуальність продовження цього напряму пов'язана з тим, що з'явилося багато нових даних та відкрито дуже багато нових генетичних порушень, які задіяні у розвитку лейкозів. Потрібне оновлення, необхідно створити новий формат чіпа, який відповідатиме сучасним знанням молекулярних основ хвороби. Лікування цього захворювання сьогодні потребує високотехнологічних методів діагностики.
Ми затіяли новий проект, щоб суттєво покращити нашу колишню розробку.
Наша основна ідея – створити діагностичний інструмент, який буде доступний у рядових лабораторіях. Він має бути простий у зверненні, аналіз за допомогою біочіпів має бути зрозумілим лікарям-гематологам.
Наш індустріальний партнер – це ТОВ «БІОЧІП-ІМБ». У нашому випадку це природний партнер. Засновник компанії - наш інститут, компанія маєліцензії на виробництво біочіпів за розробленими в інституті технологіями та на всі основні розробки. Налагоджено виробництво, яке відповідає світовим стандартам у цій галузі, є досвідом роботи у цій сфері. Компанія зацікавлена в тому, щоб виробляти тест-системи на основі біочипів та їх продавати.
Щоправда, у нинішній ФЦП серйозно посилено бюрократичну частину. Мені здається, що це невиправдано. Хоча є деякі покращення, наприклад, суттєво спростили форму квартального звіту. Ми сподіваємось, що ця тенденція продовжиться, і ми зможемо більше часу витрачати на наші прямі обов'язки, пов'язані з науковими розробками.
Конкуренція
Методів діагностики різних захворювань дуже багато, і не можна сказати, що наш метод єдиний. Конкуренція дуже жорстка, і нам потрібно шукати ті переваги, які могли б забезпечити виграш перед іншими методами. Одна з переваг – за допомогою нашого методу, використовуючи мінімальну кількість досліджуваного зразка та мінімальну кількість реагентів, можна виявляти одночасно кілька десятків і навіть сотень генетичних маркерів та робити загальний висновок за результатами аналізу. Це значно скорочує час діагностики, знижує трудовитрати. Як правило, діагностика з використанням біочіпів є дешевшою, ніж з використанням інших підходів.
Як я вже говорила, наші розробки у галузі діагностики лейкозів застосовуються у ФНКЦ, ми історично з ними сильно пов'язані та продовжуємо працювати разом. Нещодавно до нас на навчання приїжджали із Томська. У Красноярську ЛК-біочипи вже використовують у крайовій лікарні. Налагоджено співпрацю з Краснодарською лікарнею. З ПФ-біочіпами активно працюють у Санкт-Петербурзі, Тюмені, Єревані. Поки що таких місць не так багато, як нам би хотілося, аленатомість у всіх цих установах наша технологія застосовується незалежно від нас, місцеві спеціалісти працюють самостійно.
Матеріал підготовлений редакцією "Експіра"