Создан компактный «генномодификатор» для лечения рака
Американские ученые разработали и испытали компактную полуавтоматическую систему для получения индивидуальных генно-модифицированных кроветворных клеток пациентов в условиях медицинских учреждений. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Генная терапия с использованием стволовых клеток костного мозга (CD34+) имеет большой потенциал для лечения различных заболеваний, таких как гемоглобинопатии, хронические вирусные инфекции (включая ВИЧ) и некоторые формы рака. Генетическую модификацию этих клеток проводят вне организма, чтобы исключить риск изменения других клеток. Процесс получения модифицированных кроветворных клеток проходит в несколько этапов. Сначала проводится забор образца костного мозга или лейкоферез с мобилизацией ростовым фактором. Затем полученные клетки культивируют на специально подобранной питательной среде. После этого внедряют в них трансген с помощью обезвреженного лентивируса. Модифицированные клетки очищают от остатков реагентов и других примесей и, наконец, готовят и тестируют препарат на их основе для введения пациенту. В настоящее время этот процесс в соответствии со стандартом должной производственной практики GMP проводится в условиях чистого помещения в лаборатории стоимостью в миллионы долларов, что резко снижает доступность подобной терапии.
Чтобы исключить нужду в дорогостоящем производстве, сотрудники Центра Фреда Хатчинсона по исследованию рака и Вашингтонского университета в Спокане объединили усилия с калифорнийской компанией Miltenyi Biotec. За основу компактной изолированной системы для получения модифицированных кроветворных клеток (ГМ-CD34+) был взят производимый компанией прибор CliniMACS Prodigy, предназначенный для автоматической предварительной обработки биообразца, иммуномагнитного выделения и очистки нужных клеток.
К этому устройству добавили программируемый блок для культивации клеток, введения в них трансгена, анализа полученных ГМ-CD34+ и приготовления конечного препарата для введения пациенту. Поскольку программу, необходимую в каждом конкретном случае, задает оператор, систему назвали полуавтоматической. Она занимает площадь около 0,46 квадратного метра и может быть установлена на лабораторном столе, для ее обслуживания требуется один или два оператора (для сравнения совеременное производство занимает в сто раз большую площадь и требует усилий от пяти до десяти человек). Поскольку весь производственный цикл изолирован от внешней среды, работа системы не требует стерильных условий — ее можно установить в любом медицинском центре. Процесс получения модифицированных клеток занимает от 25 до 30 часов (на современном производстве на это уходит более 80 часов).
В ходе испытаний полученные в системе человеческие клетки успешно прижились и начали функционировать в костном мозге иммунодефицитных мышей. Кроме того, приготовленные в системе собственные клетки костного мозга свинохвостых макак (Macaca nemestrina) восстановили у них кроветворение после миелоаблации (полного уничтожения кроветворных клеток химиотерапией), причем продукция всех кровяных клеток была стабильна на протяжении более чем года наблюдений.
По словам руководителя разработки Дженнифер Адэр (Jennifer Adair), стоимость системы для покупателей составит около 150 тысяч долларов. Индивидуальный набор для лечения конкретного заболевания, содержащий реагенты, питательную среду, вирусный вектор с трансгеном и стерильную емкость с инфузионной системой для конечного препарата, будет стоить примерно 26 тысяч долларов. При этом получение ГМ-CD34+ в условиях исследовательской лаборатории обходится сейчас в 38–55 тысяч долларов.
В настоящее время ни один из видов генной терапии, основанной на кроветворных клетках, не одобрен к клиническому применению. Однако тысячи пациентов с десятками врожденных, инфекционных и онкологических заболеваний, уже приняли участие в клинических экспериментах, многие из которых признаны успешными. Это позволяет ожидать внедрения подобной терапии в клиническую практику уже в ближайшие годы.
Олег Лищук
Гексакоптер оснащен двумя взлетно-посадочными платформами для квадрокоптеров
Инженеры из Сколтеха разработали гибридный гексакоптер MorphoLander, который выступает в роли передвижного аэродрома для дронов меньшего размера. MorphoLander не только летает, но и может ходить по неровной поверхности при помощи четырех ног. В верхней части корпуса расположены две взлетно-посадочные платформы для микродонов. Дрон может пригодиться для инспекции объектов и поиска пострадавших во время стихийных бедствий, говорится в препринте на arXiv.org. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Дроны отлично подходят для выполнения задач поиска, инспекции и мониторинга, но потребляют много энергии и не могут долго находиться в полете. Одним из способов преодолеть это ограничение стала разработка дронов гибридной конструкции, которые могут не только летать, но и передвигаться по земле, например, с помощью колес или ног. Несмотря на то, что такой подход позволяет продлить время работы за счет менее энергозатратного способа передвижения по поверхности, продолжительность полета гибрида и его эффективность часто снижается из-за дополнительного веса. Инженеры под руководством Дмитрия Тетерюкова (Dzmitry Tsetserukou) из Сколтеха предложили использовать громоздкий дрон в качестве носителя для дронов поменьше. Тогда большой дрон выступает в роли передвижного «улья», который в нужный момент выпускает рой маленьких дронов, способных более эффективно выполнить задачу на большой территории за счет совместной работы. Разработанный прототип под названием MorphoLander представляет собой гексакоптер с четырьмя ногами, каждая из которых имеет три степени свободы. С их помощью дрон может передвигаться по неровной поверхности. Масса гибрида немного больше 10 килограмм. Встроенного аккумулятора хватает на 12 минут полета. Сверху на корпусе закреплены две посадочные платформы диаметром 20 сантиметров, на которые могут садиться микродроны. Чтобы микродронам (инженеры использовали Crazyflie 2.1 массой 27 грамм) было проще садиться на MorphoLander, материнский дрон с помощью алгоритма стабилизации старается удерживать горизонтальное положение платформ, подстраивая высоту ног под неровности поверхности. Посадка микродронов происходит под управлением алгоритма машинного обучения, его обучение с подкреплением проходило в симуляторе на платформе игрового движка Unity, который позволяет имитировать физику, с использованием пакета машинного обучения Unity ML Agents. Обученный алгоритм посадки затем испытали в трех сценариях с участием реальных дронов. В первом два микродрона должны были взлетать с расстояния полутора метров от MorphoLander и затем садиться на его платформы. Среднее значение отклонения от центра платформы в этом сценарии составило всего около 5,5 миллиметра. Во втором сценарии микродроны должны были садиться на материнский дрон, стоящий на неровной поверхности. В этом случае ошибка возросла и составила 25 миллиметров. Третий сценарий имитировал реальное применение: микродроны взлетали с платформ, в то время как MorphoLander отходил от места взлета на некоторое расстояние, после чего микродроны должны были сесть обратно. Среднее значение отклонения от центра 20-сантиметровой платформы составило 35 миллиметров. В будущем инженеры планируют увеличить точность и устойчивость алгоритма управления микродронами за счет контроля тяги отдельных винтов. https://www.youtube.com/watch?v=fV8_Ejy81s8&t=1s Совместная работа помогает роботам справляться с более трудными задачами. К примеру японские инженеры разработали систему из работающих в паре дрона и наземного робота. Они соединены друг с другом тросом, что позволяет наземного дрону взбираться на более крутые подъемы. Для этого дрон закрепляет трос на вершине, после чего наземный робот натягивает его с помощью лебедки и поднимается наверх.