Новая диагностика и терапия: индивидуальный подход на клеточном уровне

Чтобы с высокой точностью прогнозировать развитие болезней, эффекты и нежелательные последствия той или иной терапии, важно глубоко понимать генетические основы человеческого существования. Почему пациенты по-разному реагируют на медицинские вмешательства — лечебные и профилактические? Почему в схожих условиях одни люди заболевают (причем с разной степенью выраженности болезни), а другие — нет? Ответы кроются на молекулярном уровне.

Благодаря научным прорывам в сфере информационных и биотехнологий исследователи уже могут фокусироваться на молекулярных механизмах развития многих болезней и оценивать вероятность возникновения конкретных ответов на терапевтические воздействия у разных людей. А вот возможности лечения на основе индивидуальных характеристик пациента пока еще сильно ограничены.

Разработки в сфере персонализированной медицины, позволяющие «исправлять» выявленные нарушения в нуклеотидной последовательности, активно ведутся по всему миру. В настоящем выпуске информационного бюллетеня представлены три технологических тренда, которые могут стать ключевыми драйверами развития в этой области, а в перспективе ближайшего десятилетия — значительно повысить качество медицинских услуг.

Версия для печати:   

Сопровождающие диагностические тесты

Широко распространенные заболевания сейчас лечат путем подбора лекарств, воздействующих на большую «целевую аудиторию». В будущем для назначения эффективной и безопасной терапии врачи смогут учитывать индивидуальные особенности пациента, отражающиеся в его генетическом коде, молекулярном профиле, метаболизме, поведенческих реакциях. Насколько та или иная терапия подходит конкретному человеку, помогают понять биомаркеры — гены, белки, которые однозначно связаны с эффектами определенного медицинского вмешательства.

Разработку персонализированных лекарств сопровождают специальные диагностические тесты. С их помощью фармацевтические компании выявляют биомаркеры, указывающие на группу больных, для которых новое лекарство будет полезным и безопасным. Все доступные зарегистрированные сопровождающие тесты базируются на технологиях генетического типирования. В будущем могут появиться диагностические тесты, основанные на технологиях визуализации в режиме реального времени, использовании биосенсоров и датчиков физических параметров организма человека.

 

---

Эффекты Снижение затрат на разработку инновационных медицинских продуктов. Повышение эффективности и безопасности как существующих, так и разрабатываемых препаратов за счет их персонализации. Рост качества жизни больных хроническими заболеваниями (онкологическими, аутоиммунными, врожденными). Опережающий рост рынка диагностических устройств для домашнего применения. Изменение моделей медицинского страхования, переход на оплату медицинских услуг в зависимости от достигнутых результатов профилактики и лечения.

Оценки рынка $8,7 млрд может достичь рынок сопровождающих диагностических тестов в 2018–2020 гг. при среднегодовом темпе роста в 20–29%. Сегодня такие тесты составляют около 10% продаваемых средств персонализированной медицины. Крупнейшие рынки сбыта — США (41–44%) и Европа (38% от общего объема продаж); основной сегмент — онкологические заболевания.

Драйверы и барьеры  Признание концепции персонализированной медицины в качестве основы для оказания медицинской помощи.  Утверждение национальными регуляторами правил, которые облегчают регистрацию лекарственных средств, выводимых на рынок вместе с сопровождающими диагностическими тестами.  Радикальное снижение стоимости и скорости секвенирования генома.  Высокая стоимость лекарств, разрабатываемых для персонализированной медицины.

Международные публикации

Международные патентные заявки

Уровень развития технологии в России «Заделы»: наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

---

 

Управление клетками с помощью оптогенетики

Для изучения функций органов и систем человеческого организма крайне важно владеть технологией «включения» или «выключения» отдельных клеток. Существующие способы влияния на клеточную активность (фармацевтические субстанции, электростимуляция) неспецифичны, а их применение нередко сопровождается побочными эффектами. Подступиться к изучению функций нейронов и их связи с поведением и когнитивными способностями человека, а также к управлению клетками, контролирующими сердечную деятельность, эндокринную функцию, ответственными за свето- и цветовосприятие, позволила оптогенетика.

Оптогенетика объединила результаты изучения светочувствительных белков, генетическую инженерию и оптику. В результате появилась возможность встраивать в клеточную мембрану белки, которые, активируясь под действием подведенного локально света, начинают контролировать химический состав внутриклеточной жидкости и, соответственно, — функциональную активность клеток. Перспективы экспериментального применения оптогенетики связаны с управлением функциями клеток в режиме реального времени. Программировать этот процесс и осуществлять контроль на клеточном уровне можно будет по беспроводным каналам связи.

 

---

Эффекты Развитие технологий генетической инженерии, разработки в области оптики, поиск новых светочувствительных белков с заданными свойствами. Развитие технологий экспериментального моделирования на животных болезней человека, его поведения, изучения когнитивных способностей. Появление новых медицинских технологий, основанных на достижениях оптогенетики, для лечения широко распространенных и наследственных заболеваний. .

Оценки рынка $53 млрд может составить в 2020 г. мировой рынок биофотоники (использование света для диагностики, модификации и иных манипуляций с живыми объектами) при среднегодовом темпе роста в 11,3%. Наибольшую динамику рынка связывают с сегментом диагностических средств (17,2% в год). Сегодня самый крупный рынок — США (около 12,5 млрд долларов в 2014 г.).

Драйверы и барьеры  Разработка источников света для стимуляции клеток мозга из внешних устройств, которая позволит перейти к изучению поведения животных в природных условиях.  Усовершенствование средств доставки внутрь клетки генетических конструкций, кодирующих светочувствительные белки.  Отсутствие адаптированных технологий для применения оптогенетики у человека.  Нерешенные этические вопросы применения оптогенетики для изучения функций нервных клеток человека и управления ими in vivo.

Международные публикации

Международные патентные заявки

Уровень развития технологии в России «Заделы»: наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

---

 

Точное и точечное редактирование генома с помощью эндонуклеаз

Направленно корректировать генетическую информацию стало возможным с появлением технологии рекомбинантной ДНК, а также способов изменения нуклеотидной последовательности генома отдельных клеток. С их помощью создаются генетически модифицированные лабораторные животные и растения, клеточные линии. Однако существующие технологии «громоздки» и дороги, но главное — недостаточно точны (могут вызывать нежелательные модификации структуры ДНК за пределами целевой области).

Для терапевтических целей важно вносить быстрые и точные изменения в нуклеотидную последовательность генома в условиях in vivo. В последние 5-7 лет ведутся активные разработки средств модификации генома с использованием ферментов эндонуклеаз (ZFNs, TALEN, CRISPR/Cas9). Они относительно просто синтезируются и отличаются универсальностью — возможностью применения в работах с клетками всех живых организмов, включая клетки человека. Точечные и вместе с тем точные изменения в нуклеотидной последовательности достигаются путем комплементарного связывания белков-«редакторов» с целевым участком ДНК.

 

---

Эффекты Радикальное изменение способов оказания медицинской помощи больным с наследственными заболеваниями. Разработка новых технологий лечения вирусных инфекций и онкологических заболеваний, последующее снижение их распространенности. Развитие технологий создания экспериментальных моделей животных. Прорывы в области функциональной геномики и снижение стоимости исследований в этой области. Увеличение объемов финансирования биомедицинских исследований за счет мультипликативного эффекта распространения геномных технологий.

Оценки рынка $3,5 млрд может составить к 2019 г. глобальный рынок продуктов и услуг по редактированию генома (биомедицинские исследования, сельскохозяйственные технологии, фармацевтика) при среднегодовом росте в 13,8%. Наибольший рост рынка (почти двукратный в период с 2014 по 2019 г.) ожидается в странах Азии (Китай, Япония и др.).

Драйверы и барьеры  Немедицинское применение технологий редактирования генома для улучшения или формирования новых способностей (физических, когнитивных) у человека.  Успешное применение технологий генетической инженерии для лечения наследственных (моногенных) болезней человека.  Нерешенные этические вопросы и законодательные ограничения на распространение и использование технологий редактирования генома человека.

Международные публикации

Международные патентные заявки

Уровень развития технологии в России «Заделы»: наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

 

---

 
Мониторинг глобальных технологических трендов проводится Институтом статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики (issek.hse.ru) в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.

При подготовке трендлеттера использовались следующие источники: Прогноз научно-технологического развития РФ до 2030 года (prognoz2030.hse.ru), материалы научного журнала «Форсайт» (foresight-journal.hse.ru), данные Web of Science, Orbit, marketsandmarkets.com, mckinsey.com, alliedmarketresearch.com, mrrse.com, fda.gov и др.

Более детальную информацию о результатах исследования можно получить в Институте статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ: issek@hse.ru, +7 (495) 621-82-74.

Над выпуском работали: Руслан Сайгитов, Анна Соколова, Надежда Микова, Лилия Киселева, Елена Гутарук, Карина Назаретян, Ким Воронин.

© Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», 2015