Наука и технологии России

Вход Регистрация

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.

Биочип Так выглядят биочипы

Один чип для множества аллергенов

Микрочип для диагностики аллергии учёные начали разрабатывать несколько лет назад.

Биочип 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».

Анализатор_биочипов Универсальный анализатор биочипов

Дмитрий_Грядунов
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 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.

ТБ-тест 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 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».

РЕЙТИНГ

4.17
голосов: 12

Обсуждение