Газета «Новости медицины и фармации» 4 (567) 2016
Вернуться к номеру
Перспективи розвитку біомедицини на основі NBIC-технологій в країнах світу і Україні
Авторы: Кутько І.І., д.м.н., професор, Матюшенко І.Ю., к.т.н., професор
Разделы: Новости
Версия для печати
Статья опубликована на с. 20-23 (Мир)
Закінчення. Початок у № 3, 2016
Розвиток молекулярних і клітинних біотехнологій в медицині Україні
З метою розвитку нанобіотехнологічних досліджень та комерціалізації їх результатів в Україні стало започаткування цільової комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень НАН України «Фундаментальні основи молекулярних та клітинних біотехнологій» на 2010–2014 рр. згідно з постановою Президії НАН України від 07.07.2010 р. № 222 [25]. У рамках затвердженої концепції вказаної програми було поставлено за мету виконати дослідження з таких напрямів сучасної біології:
- вивчення властивостей і механізмів функціонування біомакромолекул, надмолекулярних комплексів, субклітинних і мембранних структур у нормі і патології;
- розробка фундаментальних основ молекулярних і клітинних технологій для діагностики, профілактики і лікування захворювань та генетичного поліпшення живих організмів;
- структурна, функціональна та порівняльна геноміка людини, тварин, рослин і мікроорганізмів;
- сучасні аспекти створення біологічно активних препаратів, нових форм рослин і мікроорганізмів.
Розпорядженням Президії НАН України від 01.09.2010 р. № 573 «Про затвердження переліку наукових проектів цільової комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень НАН України «Фундаментальні основи молекулярних та клітинних біотехнологій» затверджено комплекс проектів вказаної програми [26]. В рамках цієї програми шляхом застосування новітніх методів молекулярної фізіології, біохімії та генної інженерії планується:
- розробка нових підходів до боротьби з найпоширенішими та найнебезпечнішими хворобами людини та тварини;
- створення наукових засад для розробки нових лікарських засобів, їх терапевтичного застосування та ефективних систем цільової доставки в організм;
- розробка новітніх методів діагностики та лікування соціально важливих захворювань людини;
- вивчення сучасних аспектів створення методами генної інженерії нових форм рослин і мікроорганізмів — продуцентів лікарських препаратів;
- розробка нових, екологічно безпечних біотехнологій підвищення продуктивності та стійкості сільськогосподарських рослин до несприятливих біотичних та абіотичних факторів;
- дослідження молекулярних механізмів дії біологічно активних речовин для створення нових високоефективних добрив регуляторів росту, засобів захисту рослин.
Найбільш значущі результати виконання вказаної програми за 2010–2013 рр. наведені в табл. 8 [27–29].
У 2013 р. розпочато роботи з виконання Державної цільової науково-технічної програми розроблення новітніх технологій створення вітчизняних лікарських засобів для забезпечення охорони здоров’я людини та задоволення потреб ветеринарної медицини на 2011–2015 рр.
Метою програми є розроблення молекулярних і клітинних технологій створення вітчизняних лікарських засобів для забезпечення охорони здоров’я людини та задоволення потреб ветеринарної медицини. Шляхами досягнення вказаної мети є [30]:
- розроблення технологій цільового отримання синтетичних хімічних сполук і люмінесцентних біомедичних діагностичних матеріалів із визначеною біологічною активністю;
- створення новітніх діагностичних засобів на основі ДНК- і РНК-технологій;
- розроблення діагностичних засобів на основі рекомбінантних білків та імунохімічних підходів;
- створення терапевтичних препаратів і засобів на основі рекомбінантних білків та антитіл, препаратів крові і плазми та препаратів для клітинної терапії;
- створення дослідних зразків лікарських засобів і розроблення технологічних регламентів їх виробництва.
Найменування завдань програми [31]:
1. Створення і забезпечення діяльності дослідної науково-виробничої бази молекулярних та клітинних біотехнологій.
2. Створення новітніх діагностичних засобів на основі ДНК- і РНК-технологій.
3. Розроблення діагностичних засобів на основі рекомбінантних білків та імунохімічних підходів.
4. Створення терапевтичних препаратів і засобів на основі рекомбінантних білків, антитіл та ДНК- і РНК-технологій.
5. Створення та застосування інноваційних систем розроблення лікарських субстанцій.
Найбільш значущі результати виконання вказаної програми за 2013 р. наведені в табл. 9 [29, 32, 33].
/21_m.jpg)
Перспективи створення нанобіоекономіки в Україні: застосування сенсорних систем на основі NBIC-технологій для медико-екологічних і промислових потреб
Конвергенція й інтеграція нано-, біо-, інфо- і когнотехнологій фантастично розширюють можливості біотехнологій, якісно змінюючи їх спрямування і напрями застосування. Завдяки широкому використанню NBIC-технологій створені сенсорні системи порівняно з існуючими аналітичними методами можуть забезпечити швидший, надійніший, більш чутливий та дешевший аналіз різноманітних речовин. Це дасть змогу запобігти надходженню забруднених продуктів харчування у торговельну мережу, забрудненню навколишнього середовища, споживанню населенням питної води, забрудненої шкідливими хімічними сполуками та збудниками інфекційних захворювань, покращити якість та доступність медичної діагностики, контроль технологічних процесів фармацевтичного, біотехнологічного та хімічного виробництв.
Дослідження у галузі сенсорних систем і технологій для вирішення медико-екологічних проблем в Україні має досить давню історію. Так, протягом 2003–2006 рр. на виконання комплексної програми фундаментальних досліджень НАН України «Дослідження у галузі сенсорних систем та технологій» виконувалося 46 наукових проектів із залученням шести відділень Національної академії наук України, а саме: хімії; молекулярної біології, біохімії, експериментальної і клінічної фізіології; фізики і астрономії; фізико-технічних проблем енергетики; інформатики; фізико-технічних проблем матеріалознавства [34].
Науково-технічна програма НАН України «Сенсорні системи для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб» спрямована на впровадження сенсорів у практику, адже порівняно з існуючими аналітичними методами вони можуть забезпечити швидший, надійніший, більш чутливий та дешевший аналіз різноманітних речовин, що дасть змогу запобігти надходженню забруднених продуктів харчування у торговельну мережу, забрудненню навколишнього середовища, споживанню населенням питної води, забрудненої шкідливими хімічними сполуками та збудниками інфекційних захворювань, покращити якість та доступність медичної діагностики, контроль технологічних процесів фармацевтичного, біотехнологічного та хімічного виробництв.
Отже, виробництво актуальних виробів сенсорної техніки знаходиться в руслі світових науково-технічних тенденцій ХХI століття, оскільки передбачає створення нових матеріалів на основі високих технологій, застосування принципово нових сенсорних масивів на широкій базі фізичних ефектів, всебічне використання інформаційних мереж для оптимізації максимальної кількості виробничих процесів у промисловості, сільському господарстві, на транспорті, а також для моніторингу довкілля. Для України, яка має багато проблем на шляху відновлення економічного потенціалу та організації ефективного промислового та сільськогосподарського виробництва, розвиток власних високих технологій вбачається єдиною можливістю уникнути зайвих витрат на адаптацію продукції до світових ринків, захистити власних споживачів і товаровиробників.
Під час виконання програми за 2003–2006 рр. було вирішено низку фундаментальних і технологічних проблем, зокрема:
- встановлено загальні закономірності процесів формування організованих біомолекулярних шарів і шляхів оптимального поєднання біоселективного матеріалу з поверхнями фізичних перетворювачів (Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Інститут біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України);
- в результаті досліджень електронних та іонних процесів в напівпровідникових матеріалах і структурах розроблено фізичні і фізико-технологічні засади створення сенсорів і сенсорних масивів на основі матеріалів мікроелектроніки (Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України);
- запропоновано нові базисні електронні інформаційно-вимірювальні системи сенсорів та оптико-електронні пристрої з комп’ютерною обробкою (Інститут електродинаміки НАН України, Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України);
- розроблено теоретичні та технологічні засади створення принципово нових селективних елементів на основі біоміміків, що є вкрай важливим для подальшої розробки стабільних сенсорів, здатних працювати в режимі реального часу та в жорстких умовах (Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України);
- розроблено фізико-хімічні основи створення чутливих шарів з електропровідних полімерів і нанокомпозиційних матеріалів для сенсорних і мультисенсорних систем (Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України);
- створено нові матеріали на основі координаційних сполук, мезопористих матриць та композитів для розроблення високочутливих сенсорів та інтелектуальних сенсорних систем і високоселективні синтетичні рецептори катіонів, аніонів і нейтральних органічних молекул, у тому числі хіральних і біоактивних, на основі макроциклічних сполук — каліксаренів і циклофанів (Інститут органічної хімії НАН України, Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України).
Одним з основних позитивних моментів програми є тісне поєднання зусиль фахівців з біології, хімії та фізики для вирішення фундаментальних проблем.
Постановою Президії НАН України від 09.12.2009 р. № 322 було затверджено Концепцію комплексної науково-технічної програми «Сенсорні системи для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб» на 2010–2012 рр. [35]. В результаті виконання програми в 2010–2012 рр. було розроблено і виготовлено низку приладів для медико-екологічних та промислових потреб, які проходять апробацію в реальних умовах, як це вказано в табл. 10 [36].
Крім того, постановою Президії НАН України від 29.11.2012 № 242 було затверджено Концепцію комплексної науково-технічної програми «Сенсорні прилади для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб: метрологічне забезпечення та дослідна експлуатація» на 2013–2017 рр. [37]. Основною метою Програми на 2013–2017 рр. є розробка метрологічного забезпечення та дослідна експлуатація робочих експериментальних зразків приладів, готових до впровадження у практику для експресного аналізу в біотехнології, медицині, екології та при управлінні технологічними процесами в промисловості.
Найбільш значущі результати виконання наукових проектів в рамках цієї програми за 2013 рр. наведені в табл. 11 [29, 38].
/22_m.jpg)
Висновки
1. Біотехнології, як і нанотехнології, інформаційно-комунікаційні і когнітивні технології, у світовому науковому співтоваристві зараховують до глобальних технологій, оскільки вони охоплюють широкий спектр наукових дисциплін, секторів економіки і поширюються на величезні території нашої планети. До списку сучасних конвергентних біотехнологій, що застосовуються у медицині, фармацевтичній і біотехнологічній промисловості, біоенергетиці і сільському господарстві, провідні фахівці світу відносять: ДНК/РНК; протеїни та інші молекули; клітинні і тканинні культури та їх конструювання; гени і РНК-вектори; біоінформатику; нанобіотехнології.
2. Біомедицина як один із напрямків використання конвергенції NBIC-технологій, за різними оцінками, призведе до найбільш радикальних проривних досягнень у цій галузі інновацій. Як очікується, у ХХІ столітті досягнення нано- і біотехнологій створять нові методи в терапії і потенційні передумови до збільшення фізичних можливостей людини. Практична реалізація фундаментальних розробок у вказаних галузях проявиться у розвитку персоналізованої медицини, зокрема в геннодіагностиці, протеоміці, фармакогеноміці, біоаналітичних технологіях; застосуванні нанотехнологій для лікарських препаратів, біоінформатиці.
3. До головних напрямів використання нанобіоматеріалів у медицині слід віднести: медичний інструмент, терапію та діагностику захворювань, імплантацію, тканинну інженерію, мікроелектроніку (нанокомпоненти мікроелектронно-механічних систем, МЕМС); адсорбцію токсинів і виведення їх з організму; біоінструментарій, діагностику (наносенсори, детекція наночастинок у біоб’єктах).
4. До основних проявів конвергенції NBIC-технологій в медицині і перспектив їх розвитку до 2020 і 2030 рр. слід віднести: рекомбінантні ДНК (рДНК), біочипи, біологічні запчастини, цивільні і військові екзоскелетони, біогеронтологію, стовбурові клітини та їх використання, cамозбирання і виробництво на основі ДНК, конвергентні «розумні» матеріали. Конвергенція NBIC-технологій дозволить значно розширити можливості синтетичної біології у таких напрямках як: генетичне профілювання і аналіз ДНК; розвиток технологій геномного декодування і протеоміка, що досліджує функції протеїнів і генів; євгеніка і клонування; генетично модифіковані організми. До 2030 р. у розвинених країнах видатки на охорону здоров’я значно збільшаться і будуть пов’язані зі зростаючим використанням в охороні здоров’я біотехнологій і конвергованих NBIC-технологій.
5. В Україні в рамках цільової комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень НАН України «Фундаментальні основи молекулярних та клітинних біотехнологій» шляхом застосування новітніх методів молекулярної фізіології, біохімії та генної інженерії протягом 2011–2013 рр. було зроблено таке: розроблено нові підходи до боротьби з найпоширенішими та найнебезпечнішими хворобами людини та тварини; створено наукові засади для розробки нових лікарських засобів, їх терапевтичного застосування та ефективних систем цільової доставки в організм; розроблено новітні методи діагностики та лікування соціально важливих захворювань людини; вивчено сучасні аспекти створення методами генної інженерії нових форм рослин і мікроорганізмів — продуцентів лікарських препаратів; розроблено нові, екологічно безпечні біотехнології підвищення продуктивності та стійкості сільськогосподарських рослин до несприятливих біотичних та абіотичних факторів; досліджено молекулярні механізми дії біологічно активних речовин для створення нових високоефективних добрив, регуляторів росту, засобів захисту рослин.
6. У рамках української Державної цільової науково-технічної програми розроблення новітніх технологій створення вітчизняних лікарських засобів для забезпечення охорони здоров’я людини та задоволення потреб ветеринарної медицини на 2011–2015 рр. станом на кінець 2013 р.: розроблено технології цільового отримання синтетичних хімічних сполук та люмінесцентних біомедичних діагностичних матеріалів із визначеною біологічною активністю; створено новітні діагностичні засоби на основі ДНК- і РНК-технологій; розроблено діагностичні засоби на основі рекомбінантних білків та імунохімічних підходів; створено терапевтичні препарати та засоби на основі рекомбінантних білків та антитіл, препаратів крові і плазми та препаратів для клітинної терапії; створено дослідні зразки лікарських засобів і розроблено технологічні регламенти їх виробництва. В цьому сенсі розробки українських учених можуть знайти широке застосування в медичній практиці як розвинених країн світу, так і України.
7. Комплексні науково-технічні програми Національної академії наук України зі створення сенсорних приладів для медико-екологічних і промислових потреб спрямовані на розробку і впровадження нових сенсорних систем у практику. Такі прилади можуть забезпечити більш швидкий і надійний, більш чутливий та дешевий аналіз різноманітних речовин порівняно з уже існуючими аналітичними методами. Розробка і використання вказаних сенсорних приладів дасть змогу: покращити якість і доступність медичної діагностики; запобігти забрудненню навколишнього середовища; запобігти надходженню забруднених продуктів харчування у торговельну мережу; запобігти споживанню населенням питної води, забрудненої шкідливими хімічними сполуками та збудниками інфекційних захворювань; покращити контроль технологічних процесів фармацевтичного, біотехнологічного та хімічного виробництв.
Список литературы
Список літератури знаходиться в редакції