Chereshnev Vladimir development of biomedical technologies at Skolkovo

В.А. Черешнев Комитет Государственной Думы по науке и наукоемким технологиям НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В СКОЛКОВО Workshop “Biomedical technologies at Skolkovo. Opportunities and challenges” 1-2 February, 2011, Moscow

По прогнозам международных экспертов прорывными отраслями VI технологического уклада, вероятно, станут биотехнологии, нанотехнологии, робототехника, новая медицина, новое природопользование

Концепцией долгосрочного социально-экономического развития РФ до 2020 г. биотехнология отнесена к приоритетным направлением развития инновационной экономики в Российской Федерации.

Сегодня биотехнология (в комплексе с фармацевтикой) занимает третье место среди ведущих секторов мировой экономики, уступая только банковскому и нефтегазовому секторам

В мире бум биотехнологий: США, Евросоюз, Япония, Китай и Индия разработали биотехнологические долгосрочные стратегии

Доля Российской Федерации в мировом объеме биотехнологической продукции в настоящее время составляет менее 0,2%, по уровню развития биоиндустрии Россия занимает 70-е место в мире. Для сравнения: доля США сегодня достигает 42%, ЕС – 22%, Китая – 10%, Индии – 2%

Понятно, что разработка инновационного продукта в сфере биотехнологий невозможна без фундаментальных исследований, именно поэтому в передовых странах мира на один из самых наукоемких сегментов биотехнологий - биомедицину расходуется около 50% всех отпускаемых на науку средств. Это вполне объяснимо высокой наукоёмкостью и эффективностью биотехнологического ресурса.

В последние годы российскими учеными получены многочисленные научные результаты мирового уровня в биомедицине: таких центральных областях современной науки, как регуляция работы генов, контроль синтеза белка, протеомика, стволовые клетки и других Эти фундаментальные исследования стали основой для разработки и подготовки к клиническим испытаниям инновационных технологий диагностики и терапии основных социально значимых болезней: злокачественных опухолей, болезней нервной системы, последствий инсультов, вирусных заболеваний, включая СПИД, инфекционных болезней, в частности, туберкулеза и целого ряда других

Благодаря геномным технологиям удалось разработать подходы к пренатальной (дородовой) диагностике патологий, связанных с мутациями в одном гене, разработать генодиагностику 150 наследственных заболеваний

На основе нанотехнологий налажено производство фуллеренов, фосфолипидных наночастиц, служащих для адресной доставки цитостатиков к опухолям (отечественный гепатопротектор «Фосфоглив»)

ВАЖНЕЙШИЕ СТРАТЕГИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЕНИЯ БИОМЕДИЦИНЫ ранняя диагностика заболеваний, в т.ч. выявление наследственной предрасположенности к «обычным» болезням; определение индивидуальных генетически обусловленных особенностей реакций организма на лекарственные вещества (фармакогеномика); разработка методов лечения наследственных болезней;

ВАЖНЕЙШИЕ СТРАТЕГИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЕНИЯ БИОМЕДИЦИНЫ методы диагностики инфекционных и неинфекционных заболеваний (в частности, с помощью т.н. биочипов); многократное ускорение разработки новых лекарственных средств за счет компьютерного моделирования, автоматизированного скрининга потенциальных препаратов, применения в преклинических испытаниях кандидатных веществ клеточных культур вместо лабораторных животных;

создание принципиально новых лекарственных препаратов на основе антител, генотерапии, в т.ч. с помощью коротких интерферирующих РНК, и других достижений в области молекулярной биологии и нанотехнологий; применение методов генной инженерии, в частности, для получения человеческих белков с помощью трансгенных микроорганизмов, растений и животных; клеточная терапия, тканевая инженерия и разработка методов выращивания органов для трансплантации ВАЖНЕЙШИЕ СТРАТЕГИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЕНИЯ БИОМЕДИЦИНЫ

Стартовые позиции Российской Федерации, обусловленные уровнем ее научных достижений и уровнем науки, в целом экспертами оцениваются как высокие

Россия обладает всеми необходимыми предпосылками и потенциалом (наличие биоресурсов и энергоресурсов, пресной воды, научных школ, квалифицированных кадров и т.д.), чтобы войти в число мировых лидеров в области биотехнологии

Необходимо разработать механизмы реализации стратегии развития биотехнологий, фармацевтической индустрии и медицинской промышленности в стране Требуют решения вопросы развития материально-технической базы и инфраструктуры, государственного финансирования, подготовки и социально-экономической поддержки кадров Совершенно очевидно, что отбор научных системообразующих проектов, способных качественно изменить ту или иную технологию, может быть осуществлен путем проведения объективной независимой экспертизы

Национальная программа «Развитие биотехнологии в Российской Федерации на 2006 – 2015 гг.» Цель: развертывание работ в области теоретической и практической биотехнологии в России на базе современных инновационных подходов для производства импортозамещающей отечественной биотехнологической продукции Задачи: формирование и реализация национальных приоритетных проектов в биотехнологии; разработка теории и методологии фундаментальной биотехнологии; внедрение новейших достижений в сфере геномики, биоинформатики, нанотехнологий в соответствии с наиболее важными приоритетами (генетический паспорт, биочипы и др.); создание современных образовательных программ и системы подготовки кадров в области биотехнологии; реализация целевых практических проектов по медицинской, сельскохозяйственной, пищевой, экологической, промышлен-ной биотехнологии и других направлений с целью обеспечения населения отечественной биотехнологической продукцией; создание действенной правовой, экономической, информационной и организационной базы для развития биотехнологии

В структуру Программы входят 4 раздела. Раздел 1. Национальные приоритетные проекты. Раздел 2. Федеральные проекты. 2.1. Направление «Фундаментальная биотехнология». 2.2. Направление «Медицинская биотехнология». 2.3. Направление «Сельскохозяйственная биотехнология». 2.4. Направление «Пищевая биотехнология». 2.5. Направление «Промышленная биотехнология». 2.6. Направление «Экологическая биотехнология» 2.7. Направление «Правовое, экономическое, информационное и организационное обеспечение развития биотехнологии». 2.8. Направление «Материально-техническая база биотехнологии». 2.9. Направление «Подготовка кадров для биотехнологии». 2.10. ФЦП «Приоритетные научно-практические направления биотех- нологии (2009–2015)». Раздел 3. Региональные (межрегиональные, окружные) проекты (про- граммы). Раздел 4. Целевые проекты (внебюджетные, международные и иные проекты). Национальная программа «Развитие биотехнологии в Российской Федерации на 2006 – 2015 гг.»

Разработка противоопухолевых лекарственных средств является приоритетным направлением биотехнологических исследований. Около 60% препаратов из общего количества разрабатываемых биотехнологических средств предназначено для лечения рака или заболеваний, связанных с ним Это в первую очередь интерфероны, интерлейкины, конъюгаты моноклональных антител, фактор некроза опухолей и различные колониестимулирующие факторы, 18 генно-инженерных препаратов, находящихся на разных стадиях клинического изучения, являются потенциальными средствами для лечения СПИДа и заболеваний, связанных с ВИЧ

Еще одной ведущей группой среди разрабатываемых биотехнологических продуктов являются вакцины. В настоящее время в США на различных стадиях разработки находятся 14 генно-инженерных вакцин, предназначенных для борьбы со СПИДом, гепатитами, малярией, герпесом, различными опухолевыми заболеваниями и др. На третьем месте среди наиболее активно разрабатываемых генно-инженерных продуктов — интерлейкины. В США на различных стадиях разработки находятся 16 препаратов этой группы, а также 18 типов интерферонов, 19 колониестимулирующих факторов, 24 фактора роста, 4 гормона роста человека, 2 супероксиддисмутазы, 4 рекомбинантных растворимых белка СД-4, 3 фактора некроза опухолей, 2 модификации эритропоэтина и 6 кровесвертывающих факторов.

Наряду с США и Японией биотехнология быстрыми темпами развивается и в странах Западной Европы. По оценке Interpharm Press, скоординировав свою деятельность, эти страны могут в будущем оказать значительное влияние на конъюнктуру рынка биотехнологических продуктов. Как и в США, в 1980-х гг. в Западной Европе резко возросло количество мелких биотехнологических фирм. Возникли они в основном на базе лабораторий, ранее проводивших фундаментальные научные исследования. Многие из них финансируются в настоящее время промышленными корпорациями и финансовыми учреждениями либо пользуются финансовой поддержкой со стороны правительства

Стратегическим направлением развития отечественной фармацевтической и биотехнологической промышленности и соответствующей науки, по нашему мнению, должно стать создание и производство оригинальных, патентно-защищенных лекарств, имеющих существенные преимущества по эффективности и (или) безопасности перед известными в мировой медицинской практике препаратами

Анализ пространственной неоднородности иммунных процессов

Биологическая схема строения лимфатического узла Из работы Friederike Pfeiffer et al. Eur. J. Immunol. 2008. 38: 2142–2155

Геометрическая модель лимфатического узла (ЛУ) построенная комбинацией сфер и цилиндров Источники : f( x ) Приносящие (афферентные) лимфатические сосуды Диаметр ЛУ = 2.0 mm Выносящие лимфатические сосуды Трабекулярный синус (TS)  = 0.05 mm Краевой синус  = 0.1 mm d B d B d T Кондуиты = 0.0005 mm Фолликулы :  = 0.2 mm Коэффициенты диффузии d = 0.16 mm 2 / ч d B = 0.1*d d T = 0.01*d Корковая область Паракортикальная область d

Пространственная (3-х мерная) сеточная модель лимфоузла Сеточная аппроксимация геометрической модели лимфатического узла, построенная с помощью вычислительной технологии генерации адаптивных тетраэдральных сеток ( ИВМ РАН, Данилов А.А., Василевский Ю.В. ) . Состоит из 10 6 тетраэдров и 10 5 треугольников Система кондуитов

Пространственное распределение интерферона в лимфоузле: получено путем численного решения стационарного уравнения диффузии-синтеза-и деградации интерферона Сечения плоскостями OXZ и OYZ . Число активированных плазмацитоидных дендритных клеток, секретирующих интерферон 1 (слева) и 100 (справа) . Предполагается, что они расположены случайным образом вблизи полюса . Протективная концентрация интерферона для макрофагов ~ 1 пг/мл IFN ( пг / мл ) 1 плазмацитоидная дендритная клетка 10 0 плазмацитоидных дендритных клеток

Создана вычислительно-технологическая основа для перехода к моделированию пространственно-временной динамики патогенов, гуморальных факторов и клеточных ансамблей в ходе инфекционных заболеваний с учетом реальной геометрии вторичных лимфоидных органов

Нанотехнологии в борьбе с мировой пандемией ВИЧ/СПИД: МИКРОБИЦИДЫ

Вирус иммунодефицита человека

По данным ООН – число инфицированных ВИЧ составляет 35-38 млн. чел.

СХЕМА СОЗДАНИЯ НАНОБИОМАТЕРИАЛОВ Основа: биосовместимый полимер (н.: полиэтилентерефталат, хитозан) Модификация поверхности полимера ионно-плазменными методами Обработка поверхности полимеров ионами инертных и химически активных газов Ионно-плазменное осаждение пленки углерода Модификация полимеров с НСП органическими производными фуллерена Новые композитные нанобиоматериалы

Анти-ВИЧ активность Ингибирование ВИЧ-протеазы, обратной ВИЧ-транскриптазы

Модификация НСП производными фуллерена (данные АСМ) Контрольный образец НСП- I НСП- II ( α - C:H ~ 50 нм ) С 60 -хинолин С 60 -индол

Антимикробная активность

Возможные применения материалов с НСП Имплантаты Биокатализаторы Матрицы для адресной доставки лекарств Антимикробные материалы Материалы для медицины Матрицы и подложки для клеточных медицинских технологий

Токсичность Поглощение, распределение и выделение контакт с кожей вдыхание наночастицы С 60 (55нм), 3 ч/дн – 14,1% период полувыведения – 26 дн внутрибрюшное введение накопление в печени, полное выведение – 13дн 10 мг/кг в день

Для усиления действия противовирусных препаратов, таких, как микробициды, необходима адресность и своевременность их действия. Для адресной доставки лекарств основным требованием является биосовместимость структуры носителя. Постепенное высвобождение лекарственного препарата обеспечивает его пролонгированное действие. Вещество, заключенное в нанокапсулу или наноконтейнер , защищено от воздействия ферментов. Примером нанокапсул являются липосомы с размерами порядка 100-300 нм, которые нетоксичны и биодеградируемы; их мембрана может сливаться с клеточной мембраной и обеспечивать доставку содержимого в клетку. Недостаток - сложность проникновения этих субстанций в ткани и клетки с серьезными нарушениями микроциркуляции.

Особенности физико-химических свойств кремния (Si) Нетоксичность ( Si – второй после кислорода элемент по распространенности в земной коре, где его доля составляет около 27%). Биосовместимость (в организме здорового человека весом 50-70 кг содержится 0.5-1 г Si , что делает его 3-м по содержанию микроэлементом после железа и цинка). Биодеградируемость кремниевых наночастиц ( Si в виде наночастиц растворяется в организме человека со скоростью от 1 нм (кислая среда) до 1000 нм (щелочная среда) в день с образованием ортокремниевой кислоты). Доступная технология получения нанопористых форм кремния позволяет управлять размерами гранул и степенью их пористости. Однако, многие формы нанокремния гидрофобны, что затрудняет получение их водных суспензий и требует дополнительной обработки для придания материалу гидрофильных свойств.

Порошки и водные суспензии пористых кремниевых нанокапсул Лазерное возбуждение 337 нм 2-4 нм 5-7 нм + 50 мг nc-Si 2 мл H 2 O =

Биодеградируемые наноконтейнеры из наноструктур пористого кремния Капсулирование лекарства в наноконтейнере из пористого кремния. Доставка заряженного наноконтейнера в ткани и клетки. Растворение кремниевой матрицы и высвобождение лекарства. I II III 10 0 nm

Вирулицидный эффект ED50 < 1 мг / мл ED50 25,8 мкг / мл Анти-ВИЧ активность водорастворимого аддукта углеродных нанокластеров Структурная формула: [ НО ] k - [C] n – (OHSO 2 ) m Влияние на внутриклеточную репродукцию ВИЧ

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Chereshnev Vladimir development of biomedical technologies at Skolkovo

More Related Content

What's hot (8)

Similar to Chereshnev Vladimir development of biomedical technologies at Skolkovo (20)

More from igorod (20)

Chereshnev Vladimir development of biomedical technologies at Skolkovo

Editor's Notes