Чип-успехи российских учёных
Работы учёных Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН (ИМБ) - яркий пример того, как научные разработки доходят до простого человека, помогают ему излечиться и нередко спасают жизнь. Сразу несколько групп в составе лаборатории биологических микрочипов работают над созданием тест-систем для диагностики социально значимых заболеваний. Главная гордость лаборатории - микрочипы для туберкулёза, которые применяются в десятках российских центров с 2005 года. Недавно выпущено второе поколение усовершенствованных чипов. А ещё созданы чипы для диагностики гепатита С, различных аллергенов, а также комплексного анализа вируса гриппа.
Так выглядят биочипы
Один чип для множества аллергенов
Микрочип для диагностики аллергии учёные начали разрабатывать несколько лет назад.
Учёные стремятся создать максимально универсальный биочип
Справка:
В 2011 г. исследования был поддержаны государственным контрактом с Министерством образования и науки РФ в рамках ФЦП по теме «Разработка макета диагностической тест-системы для определения содержания не менее тридцати аллерген-специфичных иммуноглобулинов класса Е и уровня общего иммуноглобулина Е в образце сыворотки крови человека на биологическом микрочипе»
Работы проводятся в группе белковых микрочипов под руководством Аллы Рубиной. На финишную прямую эту работу удалось вывести благодаря сотрудничеству с немецкой компанией «Dr. Fooke», которая выпускает тест-системы на аллергены. Из Германии российским учёным поставляют аллергены, которые наносят на чип, и далее проводится комплексный анализ
«Мы стремимся создать максимально универсальный чип, чтобы с его помощью можно было одновременно провести анализ как можно большего числа аллергенов», - говорит научный сотрудник группы белковых микрочипов Екатерина Дементьева.
В планах у учёных создать чип на 70 и более аллергенов, причём разных групп - пищевые, бытовые, на животных, растения и т.д. Для этого требуется всего один забор крови пациента.
Пока же на тестирование в немецкую компанию отправлен чип на 22 аллергена. Следующая стадия - регистрация, сертификация. Когда чип появится в медицинской практике, учёные пока не могут точно сказать. Процедуры сертификации в России значительно усложнились с прошлого года. Не исключено, что применение чипа впервые начнётся в Германии. Дальше можно будет заниматься массовым производством чипов - за это ответственна компания ООО «БИОЧИП-ИМБ», дочерняя фирма ИМБ РАН. Будет получен международный патент, права разделены поровну между институтом и компанией «Dr. Fooke».
Универсальный анализатор биочипов
Дмитрий Грядунов: «Сегодня очевидно, что надо заниматься диагностикой причин и возбудителей социально значимых заболеваний»
«В литературе опубликовано и запатентовано несколько типов мультиплексных чипов, но до производства и продажи они не дошли, - комментирует Екатерина Дементьева. - Единственный коммерчески доступный продукт на основе микрочипов производится только одной фирмой, причём анализ основан на рекомбинантных аллергенах. Исследуется одновременно около 100 аллергенов. Анализ очень дорогой - доходит до 500 долларов. Надеемся, что наш анализ будет значительно дешевле, и мы сможем найти свою нишу на рынке».
Несколько лет назад группа учёных под руководством Дмитрия Грядунова вместе с французскими коллегами из лаборатории вирусологии госпиталя Университета г. Тулузы разработала чип для диагностики вируса гепатита С. На основе совместной разработки создан диагностический тест, зарегистрированный в России и странах ЕС. Поставки биочипов для комплектации тест-систем во Францию были начаты около трёх лет назад. Стоимость анализа по генотипированию вируса гепатита С на основе разработанного чипа составляет 20 евро. Планируемые объёмы коммерциализации составляют до десяти тысяч тестов в год.
Отличить свиной грипп от птичьего
Биочип для диагностики вируса гриппа учёные из Института молекулярной биологии разрабатывали в рамках ФЦП «Исследования и разработки» с 2011 по 2013 годы. В проекте участвовал целый консорциум организаций - научно-производственная фирма «ИмДи», новосибирский ГНЦ «Вектор», санкт-петербургский Институт гриппа, возглавляемый академиком Олегом Киселёвым, и другие институты.
Биогрипп: результат анализа
Вирусы гриппа циркулируют среди людей, птиц, разных млекопитающих. Они сильно отличаются друг от друга, поэтому межвидовая передача гриппа, например, от птиц к человеку затруднена. Но это не значит, что невозможна. Постоянные изменения, происходящие в вирусе, могут способствовать преодолению межвидовых барьеров. Так случилось, например, в 2009 году, когда вирус «свиного» гриппа, изменившись, получил возможность передаваться от человека к человеку и вызвал новую пандемию, унесшую жизни по разным оценкам от 150 до 250 тысяч человек.
Учёные изучили многие вирусы гриппа, в том числе циркулирующие в разных регионах России, - Северо-западном, Центральном, Сибирском, Дальневосточном. С помощью созданного биочипа теперь можно быстро определить любые вирусы гриппа - человека, птиц или животных. В результате появляется возможность своевременно увидеть потенциальную угрозу эпидемии, решить, какую вакцину потребуется сделать.
«Чип позволяет определять различные вирусы гриппа типов А и В. Параллельно с этим можно выяснить, насколько тяжело будет протекать инфекция - у гриппа могут быть специфические особенности, которые приводят к осложнениям течения заболевания, и эти особенности также можно выявить с помощью чипа, - рассказывает научный сотрудник лаборатории биологических микрочипов Борис Шаскольский. - Ещё важно, что можно определить устойчивость к этиотропным противовирусным лекарственным препаратам, например «Тамифлю».
В настоящее время существуют экспресс-тесты определения вируса гриппа. Но в отличие от созданного чипа, они не универсальны, и могут определять ограниченный набор человеческих вирусов гриппа. Сейчас идёт процедура регистрации тест-системы в Росздравнадзоре. Планируется, что его будут применять специализированные лаборатории в разных регионах России, осуществляющие непрерывный мониторинг вирусов гриппа, а также медицинские учреждения.
Туберкулёз-мутант: борьба продолжается
Прорывные исследования лаборатории - биочипы для диагностики туберкулёза, которые разрабатывались с конца 1999 года. Активно используются в медицинской практике с 2005-го. Сначала в пилотном проекте участвовало восемь противотуберкулёзных центров России. Два года успешного применения теста показали его эффективность. И его стали использовать в 22 центрах и региональных диспансерах, а также в 6 лабораториях ФСИН. Ежегодно проводится около 50 тысяч анализов.
Набор реагентов ТБ-тест
«Это первая в России молекулярно-генетическая разработка на основе биочипов, доведённая до клиники, - говорит Дмитрий Грядунов, руководитель лаборатории технологий молекулярной диагностики ИМБ РАН. - Был создан чип, который определяет устойчивость возбудителя туберкулёза к двум основным препаратам первого ряда - изониазиду и рифампицину. Его применение позволило в разы повысить эффективность лечения пациентов. Кроме того, была доказана экономическая целесообразность использования чипов. На каждый вложенный в эту технологию рубль государство получает экономию бюджетных средств не менее 70 рублей - за счёт сокращения времени пребывания больного в стационаре, экономии препаратов и т.д.».
ТБ-тест: результат анализа
Проблема в том, что за прошедшие годы бактерии туберкулёза эволюционировали, приспособились к рекомендованным протоколам лечения, принятым в начале 2000 годов, выработали защитные механизмы устойчивости к антибиотикам. На сегодняшний день около 30% впервые выявленных больных туберкулезом имеют формы, устойчивые к препаратам первого ряда. А треть из них обладают и широкой лекарственной устойчивостью, т.е. резистентностью практически ко всем резервным препаратам. Их излечить практически невозможно.
Поэтому учёным потребовалось разрабатывать новый чип, который определяет практически все возможные детерминанты у бактерии туберкулёза, весь спектр устойчивости к антибиотикам первого и второго ряда. Было проведено исследование циркулирующих на территории России штаммов возбудителя туберкулёза с использованием методов полногеномного секвенирования, чтобы выделить важные клинически значимые мутации, приводящие к лекарственной устойчивости. Это новые данные, полученные в совместном проекте по ФЦП Институтом физико-химической медицины ФМБА России. На основании этих данных был создан новый диагностический набор ТБ-ТЕСТ в 2012 году.
«ТБ-ТЕСТ прошёл все виды испытаний, сейчас ждём регистрационное удостоверение Росздравнадзора, тогда можно будет использовать в практике, - говорит Дмитрий Грядунов. - Его востребованность будет чрезвычайно высока. Новый чип готовы применять многие центры - они уже знакомы с технологией, у них есть всё необходимое оборудование, обученный персонал. Этот анализ быстрее, надёжнее и проще».
Для справки - 6-месячный курс лечения больного туберкулёзом с чувствительной формой обходится в 250 долларов США, с устойчивостью к препаратам первого ряда - в 7 тысяч, с широкой лекарственной устойчивостью - более, чем в 30 тысяч долларов.
Обойтись без спекуляций
У лаборатории в планах много новых проектов. Учёные готовят предложения в новую ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». В частности, одна из тем - создание тест-систем для диагностики возбудителей социально-значимых заболеваний с одновременным определением их лекарственной устойчивости к широкому спектру самых современных химиопрепаратов. Специалистам будет предлагаться большой выбор параметров для выбора оптимальной терапии, переходу к персонализированной медицине.
«Технология биочипов начала развиваться в 1990-е годы, - говорит Дмитрий Грядунов. - Тогда существовала российско-американская лаборатория. По заказу фондов и ведомств США разрабатывались тесты для выявления возбудителей сибирской язвы, чумы, оспы. Очень спекулятивный вопрос, насколько востребованы и актуальны такие молекулярные тесты. Сегодня очевидно, что надо заниматься диагностикой и тераностикой причин и возбудителей социально значимых заболеваний. Поддержка государством таких проектов необходима в связи с масштабными исследованиями, направленными на изучение популяций инфекционных агентов, циркулирующих на территории РФ, установление причин формирования их лекарственной устойчивости, либо выявление биомаркеров онкологических, сердечно-сосудистых и других заболеваний. Все эти работы требуют больших выборок анализируемых образцов и обязательного привлечения партнеров - медицинских институтов. После решения фундаментальных вопросов можно приступать к разработке диагностического теста».
При подготовке нового чипа работа начинается с конструирования молекулярных зондов, которые закладываются в ячейку чипа. Далее - выбор способа подготовки анализируемого клинического образца. Тест должен быть надёжен, чувствителен, специфичен и оправдан для медицинского применения. «Мы используем принцип многопараметрического анализа: каждая ячейка определяет индивидуальный параметр, а их совокупность позволяет одновременно анализировать сотни и тысячи характеристик биоматериала в одном тесте, - объясняет Дмитрий Грядунов. - То есть принцип остаётся один, а наполнение наноячеек меняется в зависимости от специализации теста. Ведутся работы по улучшению и удешевлению технологии, ее автоматизации, что, как мы надеемся, позволит значительно улучшить качество лабораторной диагностики».
Муравьёва Марина
STRF.ru