Нові біологічні технології на службу медицини

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ІННОВАЦІЙ ТА ПІСЛЯДИПЛОМНОЇ ОСВІТИ
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. І.І. МЕЧНИКОВА
Кафедра клінічної психології
РЕФЕРАТ
з предмету «Біологія і генетика»
На тему: «НОВІ БІОЛОГІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ НА СЛУЖБІ МЕДИЦИНИ»
Виконала студ. 1 курсу
Спеціальність
«Соціальна психологія»
форма навчання заочна
Керівник проф.Розанов В.А.
Одеса- 2008 р .

План
Введення
1. Біотехнологія в основних напрямках медицини
2. Нові технології в біофармацевтики
Висновок
Література

Введення
Біотехнологія - це виробниче використання біологічних агентів або їх систем для отримання цінних продуктів та здійснення процесів різного призначення. Біологічні агенти в даному випадку - мікроорганізми, рослинні і тваринні клітини, клітинні компоненти, а також біологічні макромолекули (білки, найчастіше ферменти). У цілому, біотехнологія являє собою систему прийомів, що дозволяють отримувати промисловим способом цінні продукти за рахунок використання процесів життєдіяльності живих організмів.
Ще в середині минулого століття стали впроваджуватися нові підходи в біотехнології, у зв'язку з тим, що вдосконалення методів мікробіології та хімічного мутагенезу дало можливість отримувати високопродуктивні штами. Було виявлено багато корисних для людини мікробіологічних продуктів, і, перш за все - різні лікарські сполуки.
З 80-х рр.. активно почалися роботи по сиквенирування геномів, в середині 90-х рр.. був розроблений проект генома людини і тварин. Це стимулювало зростання інновацій для біотехнологічних розробок ліків та інші найбільші прориви в області геноміки мікроорганізмів. Виникла нова стадія розвитку біотехнології - суперсучасна біотехнологія, орієнтована переважно на медицину: більше 70% всіх досліджень і практичних результатів пов'язане з отриманням фармацевтичних і біомедичних препаратів.
Найчастіше біотехнології застосовуються в медицині, харчовій промисловості, а також для вирішення проблем в галузі енергетики, охорони навколишнього середовища, і в наукових дослідженнях.
Мета даної роботи - розглянути основні напрямки та використання нових біологічних технологій в медицині.

БІОТЕХНОЛОГІЯ В Основних напрямах МЕДИЦИНИ
Медичні біотехнології поділяються на діагностичні та лікувальні.
Діагностичні медичні біотехнології поділяються на хімічні (визначення діагностичних речовин та параметрів їх обміну) та фізичні (визначення фізичних полів організму).
Визначення фізичних полів людського організму має велике діагностичне значення. Фізична діагностика дешевше і швидше, ніж хімічна, тому її роль у майбутньому буде зростати.
Раніше діагностичні хімічні біотехнології зводилися до визначення в тканинах і біологічних рідинах речовин, що мають діагностичне значення. Назвемо цей підхід статичним. В даний час діагностика використовує визначення швидкостей утворення і розпаду представляють інтерес речовин, а також визначення активності ферментів, що здійснюють відповідно синтез і деградацію цих речовин. Назвемо цей підхід динамічним. І, нарешті діагностика стала оцінювати вплив на метаболізм діагностичних речовин певних функціональних впливів. Такий підхід можна назвати функціональним. Він дозволяє виявити резервні можливості організму.
У давнину для лікування хворих використовували рослини і мінерали. В останні два століття широке раcпространеніе отримали синтетичні хімічні препарати та антибіотики.
Порівняно недавно у фармакології почали використовувати індивідуальні біологічно активні сполуки і складати їх оптимальні композиції, а також використовувати специфічні активатори та інгібітори певних ферментів. Альтернативою антибіотиків стає витіснення патогенної мікрофлори сапрофітної мікрофлорою (використання мікробного антагонізму).
Крім лікарських методів лікування в сучасній медицині використовують ще аромати (аромотерапія), механічні дії (масаж) і вплив фізичних полів (фізіотерапія). Фізичні поля цікаві тим, що з їх допомогою можна лікувати самі різні захворювання. Найбільший інтерес зараз викликають тепловий вплив, лазерне випромінювання і КВЧ-випромінювання (електромагнітне випромінювання міліметрового діапазону)
Найбільш актуальними проблемами сучасної медицини є боротьба з серцево-судинними захворюваннями (перш за все з атеросклерозом), з онкологічними захворюваннями, з алергіями, старінням і з вірусними інфекціями (у тому числі зі СНІДом).
Останнім часом з'явилися ефективні засоби боротьби з атеросклерозом. Це, перш за все статини (і з'являються все нові і більш ефективні засоби цього ряду). Вважається, що широке застосування цих ліків має призвести до істотного продовженню життя.
На думку ряду фахівців, вирішення проблеми онкологічних захворювань буде досягнуто за допомогою імунологічних методів, що дозволяють вибірково знищувати пухлинні клітини. Рішення проблеми раку має підвищити середню тривалість життя.
Вирішення проблем алергічних захворювань визначається розвитком імунології та прогресом у вивченні такої фундаментальної проблеми медицини, як запалення. Людство ще дуже погано справляється взагалі з вірусними інфекціями, а не тільки зі СНІДом. Хіміотерапія та антибіотики, що дозволяють ефективно боротися з бактеріальною інфекцією, не ефективні у відношенні вірусів. Передбачається, що істотний прогрес у справі боротьби з вірусними інфекціями буде досягнуто за рахунок розвитку молекулярної біології вірусів, зокрема вивчення взаємодії вірусів із специфічними для них клітинними рецепторами.
Розшифровка геному людини і успіхи в клонуванні тварин відкривають приголомшливі перспективи в медицині. Однак тут не все так просто. Мало знати структуру конкретного гена, треба ще знати, як регулюється його активність. Інтенсивні роботи в області регуляції активності геному еукаріот у поєднанні з удосконаленням методів генної інженерії повинні забезпечити вирішальний прогрес у лікуванні таких захворювань, як діабет. Використання методу клонування людини може призвести до створення банку "запасних частин" для конкретних людей і забезпечити досить значне продовження їхнього життя. Однак проти цього висуваються заперечення морального порядку. Представляється, що дилема буде дозволена зі створенням технологій клонування тканин і органів.
Ще одну революцію в медицині викликає вивчення так званих стволових клітин, тобто клітин, які є попередниками інших типів клітин, включаючи нервові.
Поняття про стовбурові клітини вперше з'явилося в Росії ще на початку минулого століття. Гістолог О.М. Максимов вивчаючи процес кровотворення, прийшов до висновку про їх існування.
Стовбурові клітини можуть давати початок будь-яким клітинам організму - і шкірним, і нервовим, і клітинам крові.
Стовбурові клітини можна виділяти і ростити в культурі тканини. Здатність давати безліч різноманітних клітинних типів робить стовбурові клітини найважливішим відновлювальних резервом в організмі, який використовується для заміщення дефектів, що виникають у силу тих чи інших обставин.
Стовбурові клітини здатні перетворюватися на клітини всіх типів тканин: клітини крові, внутрішніх органів, м'язових і кісткових тканин, шкірного покриву, нейрони та ін На ранніх стадіях свого розвитку організм людини практично повністю складається зі стовбурових клітин, які поступово набувають спеціалізацію, тобто з них утворюються органи і тканини організму. Таким чином, стовбурові клітини є, по-перше, свого роду будівельним матеріалом організму. Також вони беруть безпосередню участь у регенеративних процесах організму і можуть сповільнювати процес старіння. Через здатність до перетворення в клітини будь-яких органів і тканин стовбурові клітини відіграють роль «швидкої допомоги»: якщо десь в організмі неполадка, стовбурові клітини прямують туди і замінюють втрачені в результаті хвороби або пошкодження клітини органу, відроджується його функції. З віком кількість стволових клітин зменшується, і регенеративні можливості організму знижуються.
Використання стовбурових клітин - це в перспективі рішення проблеми регенерації, тобто радикального лікування інсульту, інфаркту, відновлення втрачених кінцівок і т.п., а також досить істотне продовження життя.
Представляється, що зараз лідерами медичної науки є медична генетика та імунологія. Якщо біотехнологія 20 століття оперувала з окремими генами і білками, то біотехнологія нинішнього століття - це інтеграція генів і білків. До сьогоднішнього дня накопичено досить багато інформації про гени і способи їх регулювання, зміну їх експресії при патологічних процесах. Розроблено принципово нові підходи до аналізу зміни експресії генів при хворобах, що дозволяє швидко відкривати нові гени, залучені в такі складні патології, як рак, діабет і серцево-судинні хвороби. Завдяки розвитку геноміки з'явилися нові можливості вибору конкретних мішеней для дії фармакологічних засобів.
Особливе місце займають системи діагностики, засновані на аналізі змін в експресії генів при захворюванні, що вже починають використовувати при аналізі інфекцій, в судовій медицині та ін Виявлення механізмів взаємодії геномів безлічі патогенів з клітинами-господарями відкриває перспективи створення вакцин нового покоління.
Медична генетика може не тільки запобігати появі на світ генетично неповноцінних дітей шляхом генетичного консультування їх батьків і діагностувати генетичні захворювання. Її перспектива-це пересадка генів і управління їх активністю.
Імунологія дозволяє створювати нові підходи до лікування імунологічних захворювань (у тому числі імунодефіцитів, аутоіммуннних захворювань і алергії), інфекційних і онкологічних захворювань.
Факт лідерства генетики підтверджується і тим, що Нобелівська премія за 2007 рік у номінації «Медицина та фізіологія» присуджено «за дослідження основ введення специфічних генетичних модифікацій в організми мишей шляхом використання ембріональних стовбурових клітин». Ця технологія отримала назву націленого дії на гени (gene targeting). Сьогодні вона широко використовується для «вимикання» (isolated), або, як ще кажуть, «нокауту», певного гена. Таким способом можна дізнатися, яка функція даного гена. Її розділили між собою американці Маріо Капеккі (Гарвардський університет, США), Олівер Смітіс (Університет Північної Кароліни, США) і британець сер Мартін Еванс (Кардіффський університет, Великобританія).
1. НОВІ ТЕХНОЛОГІЇ В біофармацевтики
Сьогодні людство цілком справедливо вважає, що біотехнологічні науки займають пріоритет у галузі сучасних високих технологій. Сиквенирування геномів і валідація нових мішеней для дії лікарських сполук є одним з перспективних напрямків сучасної фармакології. Враховуючи, що з'явилися нові принципові можливості для сиквенирування, постає питання про генетичну паспортизації населення, коли кожному буде виданий його генетичний паспорт, і людина буде вирішувати проблеми свого здоров'я. Найважливішим досягненням минулого століття є стовбурові клітини, що стало можливим завдяки розвитку всієї ембріології та цитології. Це дозволило підійти до розробки шляхів створення штучних органів, одержувати нові речовини, специфічно впливають на органи-мішені.
На сучасному етапі розвитку біотехнології велика увага приділяється розробці підходів до створення нових процесів у медичній біотехнології. Це різні методи модифікації мікроорганізмів, рослин і тварин, в т.ч. культивування рослинних клітин як джерела отримання нових речовин; конструювання молекул, нанотехнології, комп'ютерне моделювання, біокаталітичний трансформація речовин і т.д.
Так, наприклад, існують численні розробки лікарських препаратів, створених на основі морських організмів. Використання морських природних сполук в якості основи ліків - вельми перспективний шлях створення нових фармацевтичних препаратів, особливо методами біотехнології. Колекція морських мікроорганізмів ТІБОХ, з яких можна продукувати біологічно-активні сполуки, містить 800 штамів бактерій, актиноміцетів і грибів. Ці штами можна культивувати, що важливо для вирішення проблеми збереження біологічної рівноваги.
Таким чином, в отриманні лікарських препаратів, що виробляються біотехнологічним способом, можна виділити хіба що два пулу - нові сполуки, одержані за допомогою біотехнологічних процесів, комбінаторної хімії, і нові мішені, які ідентифікуються в процесі вивчення геномів. Це дає можливість відбирати молекули, які мають новими біологічними і фізіологічними властивостями, які і будуть виконувати роль ліків.
Перш за все, звернемося до медичної гілки біотехнології. Розглядаючи різні класи сполук, що використовуються в клінічній практиці, і одержувані методами біотехнології, в першу чергу, необхідно назвати антибіотики - найбільший клас фармацевтичних сполук, синтез яких здійснюється мікробними клітинами. До цього ж класу належать протигрибкові агенти, протипухлинні ліки і алкалоїди. Виробництво антибіотиків обчислюється тисячами тонн. Пеніциліни, як відомо, були виділені при вирощуванні грибів роду Penicillium. У 1945 р . з проби морської води була виділена цвіль Cephalosporium acremonium, що синтезує кілька антибіотиків; один з них, цефалоспорин С, виявився особливо ефективний проти стійких до пеніциліну грампозитивних бактерій.
З декількох тисяч відкритих антибіотиків левова частка належить актиноміцетів. Серед актиноміцетів найбільший внесок вносить рід Streptomyces, один тільки вигляд Streptomyces griseus синтезує більше п'ятдесяти антибіотиків. Починаючи з середини 1960-х рр.. у зв'язку із збільшеною складністю виділення ефективних антибіотиків і поширенням стійкості до найбільш широко застосовуваним з'єднанням у великої кількості патогенних бактерій дослідники перейшли від пошуку нових антибіотиків до модифікації структури вже наявних. Вони прагнули підвищити ефективність антибіотиків, знайти захист від інактивації ферментами стійких бактерій і поліпшити фармакологічні властивості препаратів. Антибіотики виробляються в результаті спільної дії продуктів 10-30 генів, тому практично неможливо виявити окремі спонтанні мутації, які могли б підвищити вихід антибіотика з декількох міліграмів на літр у штамі дикого типу до 20 г / л і більше. Такі високопродуктивні штами Penicillium chrysogenum або Streptomyces auerofaclens (продуценти пеніциліну або тетрацикліну) були отримані в результаті послідовних циклів мутагенезу та селекції. Певні мутанти, так звані ідіотрофи, здатні синтезувати тільки половину молекули антибіотика, а середовище має бути збагачена інший її половиною. Така форма мутаційного біосинтезу привела до відкриття нових похідних антибіотиків.
Число протипухлинних речовин мікробного походження досить обмежено. Блеоміцин, виділений з культур Streptomyces verticilliis, являє собою глікопептид, який діє, розриваючи ДНК пухлинних клітин і порушуючи реплікацію ДНК і РНК. Інша група протипухлинних агентів створена на основі комбінації аміноглікозидний одиниці і молекули антрацикліна. Недоліком обох сполук є їх потенційна небезпека для серця.
Антибіотики використовуються грибами та актиноміцетами в конкурентній боротьбі в природному середовищі існування. Людина застосував ці сполуки для терапії інфекційних і онкологічних захворювань. Це стало своєрідним поштовхом еволюційних перетворень у мікробній середовищі, стали виникати стійкі штами бактерій. У зв'язку з цим знову виникла проблема створення нового покоління більш ефективних антибіотиків. В даний час протокол лікування інфекційної та хірургічної патології обов'язково включає антибіотики. Але, маючи незаперечні переваги, антибіотики надають на організм людини і негативний вплив: порушується мікрофлора шлунково-кишкового тракту, можливі ускладнення у функціонуванні нирок і печінки, пригнічується робота імунної системи. Тому сучасні схеми лікування є комплексними і спрямовані на підтримку адаптаційних можливостей людини.
Новим напрямком у медицині є використання ферментних препаратів типу «контейнер», виготовлення яких стало можливим появі і вдосконалення методів іммобілізації речовин. Ці препарати є мікросфери з більш-менш твердою і проникною оболонкою. Призначення цих лікарських препаратів різне.
Першим типом «штучних клітин» слід назвати мікрокапсули. Фермент, що знаходиться всередині оболонки, не контактує з рідинами і тканинами організму, не руйнується протеиназа, не інгібується, не викликає імунної відповіді організму. Основна перевага мікрокапсул полягає в тому, що їх можна імплантувати в потрібне місце, наприклад в безпосередній близькості від пухлини. При цьому мікрокапсула з відповідним змістом буде переробляти метаболіти, необхідні для зростання пухлинної тканини, і ця тканина не буде розвиватися. Капсули можуть містити мікроскопічні ділянки тканин. Відомо, що терапії діабетичних захворювань приділяється багато уваги. Імплантація лікарського початку позбавила б пацієнтів від щоденних ін'єкцій інсуліну.
Слід враховувати, що мікрокапсули, що вводяться в кров, можуть забивати кровоносні судини і, отже, бути причиною утворення тромбів. Проте ефективність мікрокапсул при використанні їх у вигляді колонок для діалізу в апараті «штучна нирка» безсумнівна. При цьому обсяг апаратів і, відповідно, кількість необхідних і дуже дорогих розчинів різко скорочується.
У ряді випадків використовуються високомолекулярні сполуки, що розчиняються у певних умовах і зберігають високу міцність оболонок в інших. Так поводиться ацетілфталілцеллюлоза, мікрокапсули з якої інтактні в шлунковому соку і розчиняються у кишечнику, звільняючи вміст. Зараз інтенсивно досліджуються властивості мікрокапсул, стінка яких складається з оболонок еритроцитів. Вміст еритроцитів видаляється, а «тінь» заповнюється ферментом. Серйозні успіхи досягнуті при лікуванні аспарагін-залежних пухлин препаратами аспарагінази в оболонках еритроцитів. Використовуються оболонки та інших клітин. Так, описані лікарські препарати, включені в оболонки макрофагів. Останні мають тенденцію накопичуватися в осередках запалень, а отже, можуть транспортувати туди як низько-, так і високомолекулярний лікарський препарат. Суттєвою позитивною стороною «тіней» клітин в якості носія є їхня повна сумісність з організмом пацієнта, оскільки цей носій готують на основі клітин, виділених з крові пацієнта, і повертають їх йому ж з новим вмістом.
Іншим важливим класом лікарських сполук є генно-інженерні ферменти, відповідні ферментам людини. У порівнянні з ферментами, які отримують з природної сировини, вони мають ряд переваг: низькою антигенів, високою специфічністю фармакологічної дії, відсутністю контамінуючі інфекційних агентів. Генно-інженерні технології дозволяють легко збільшувати промислове виробництво ферментів.
Ферменти знаходять все більш широке застосування як біокаталізатори у фармацевтичному виробництві.
Біокаталітичні технології.
Спрямована модифікація за допомогою методів генної інженерії відкриває можливості трансформації структури ферментів таким чином, що вони набувають якісно нових властивостей. Так, особливий інтерес у світі зараз становить можливість переходу від пеніцилінів до цефалоспоринів за допомогою генно-інженерного ферменту експандази, завдяки чому уніфікується біотехнологічна частина отримання антибіотиків. Далі за допомогою інших биокаталитических процесів та суміщення їх з хімічними можна виробляти клас нових антибіотиків для боротьби з інфекціями.
Біокаталітичні підходи відкривають велике поле для різних варіантів побудови нових фармацевтичних процесів. Зокрема, використання генно-інженерних ферментів дозволяє отримати оптично активні ізомери сполук, які складають більше 70% всіх ліків. При цьому період окупності биокаталитических процесів значно коротший порівняно з хімічним синтезом, а за енерговитратами і капіталовкладенням вони теж мають великі перспективи. Техноінженерние ферменти широко використовуються для створення діагностичних тест-систем в біохімічному, імуноферментному і ДНК-аналізах.

ВИСНОВОК
Біотехнологія - це виробниче використання біологічних агентів або їх систем для отримання цінних продуктів та здійснення процесів різного призначення. У цілому, біотехнологія являє собою систему прийомів, що дозволяють отримувати промисловим способом цінні продукти за рахунок використання процесів життєдіяльності живих організмів.
У фармацевтичній промисловості біотехнології застосовуються для виробництва антибіотиків, імунобіологічних препаратів, генно-інженерних лікувально-профілактичних препаратів, для виробництва ензимів, біологічно активних речовин та інших медичних препаратів. Важливим напрямком біотехнологій у медицині є використання біотехнологій для реконструкції тканин і органів людини з використанням стовбурових клітин.
Одним з перспективних напрямків є використання нанотехнологій в медичних цілях, створення нових носіїв і коштів цільової доставки лікарських препаратів.
Нові біологічні технології використовуються в діагностиці та лікуванні серцево-судинних, онкологічних, алергічних та ендокринних захворюваннях.
Щорічний приріст світового ринку біотехнологічної продукції становить 7-10%. Вже сьогодні використання біотехнологічних розробок дозволяє вирішувати багато проблем діагностики та лікування особливо небезпечних захворювань, недостатнього або незбалансованого харчування, підвищення якості питної води, знезараження небезпечних для людини і навколишнього середовища відходів.

ЛІТЕРАТУРА
1. Корочкін Л.І. Біологія індивідуального розвитку. - М.: Наука, 2002. 263 с.
2. Корочкін Л.І., Михайлов А.Т. Введення в нейрогенетика. - М.: Наука, 2000. 312 з.
3. Рєпін В.С., Сухих Г.Т. Медична клітинна біологія. - М.: БЕБіМ, 1998. - 250 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
46.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Нові технології навчання
Нові інформаційні системи і технології
Довідково інформаційне обслуговування нові технології
Нові технології в MacOS X106 SnowLeopard
Сучасні технології і нові форми торгівлі
Удосконалення ліків і нові фармацевтичні технології
Нові інформаційні технології в документаційному забезпеченні управлінні
Аутстафінг та аутсорсинг нові технології роботи з персоналом
Нові інформаційні технології в системі неперервної освіти
© Усі права захищені
написати до нас