Молекулярная хирургия — совокупность современных методов коррекции патологических состояний организма посредством изменения фенотипа или функционала клеток при помощи молекулярных агентов, например систем редактирования генома.

История

В 1855 году немецкий врач и ученый Рудольф Вирхов , один из основоположников клеточной теории в биологии и медицине, ввел понятие «целлюлярной патологии» , согласно которому любая болезнь может быть сведена к поражению соответствующих клеток. Реализация данного принципа в практической медицине до начала бурного развития молекулярной и клеточной биологии в XX веке была осложнена отсутствием инструментов, специфичных к конкретным клеткам и их функциям.

В настоящее время хирургические принципы, объединяемые понятием « функциональная хирургия », подразумевают выполнение органосохраняющих операций, чаще малоинвазивных и направленных на коррекцию систем организма при сохранении анатомии и восстановлении нормальных функций. В XX веке примерами реализации таких принципов стали лапароскопические техники , робот-ассистированные операции , методы хирургии ускоренной реабилитации ( ERAS или Fast Track Surgery ) и др. Современная молекулярная биология и биофизика позволяет расширить эти примеры на выполнение функциональных операций и на молекулярном уровне .

Сама идея хирургии на молекулярном уровне была впервые выдвинута нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом в 1959 году, в лекции, прочитанной за заседании Американского физического общества, как пример потенциального использования наноразмерных механизмов в медицинских целях: «Вы помещаете такого миниатюрного механического хирурга в артерию, и он проникает к сердцу и обследует его. Он замечает неисправный клапан, подходит к нему и отсекает его микроскальпелем » . В дальнейшем концепция вмешательств на молекулярном и тканевом уровне для изменения фенотипа тканей получила свое инструментальное решение в виде генно-инженерных конструкций .

Термин « молекулярная хирургия » впервые был сформулирован в 1966 году для описания вмешательства в работу клеток на уровне ДНК . Разработанные в последнее время системы редактирования генома ( CRISPR/Cas9 , , ZFN ) для терапевтических целей позволяют восстанавливать/воссоздавать нормальный клеточный фенотип и, как следствие, нормальный функционал патологически изменённых тканей. В настоящее время проходят испытания системы молекулярной хирургии для лечения кардиомиопатий , серповидноклеточной анемии и некоторых онкологических заболеваний .

Ферментативная хирургия

Исправление масштабных дефектов тканей является целью другого направления — ферментативной хирургии ( англ. enzymatic surgery ) . Хотя сегодня ферменты в основном используются для терапии заболеваний органов пищеварения, но использование специфичных систем доставки позволяет выполнять воздействия совершенно иного рода, например масштабные вмешательства по ремоделированию патологически изменённых тканей, в том числе путем доставки металлопротеиназ для разрушения разрастающейся фиброзной ткани . Развитие направления ферментативной хирургии связано не только с тщательным подбором высокоспецифичных средств доставки (клетки, моноклональные антитела , одноцепочечные антитела и их фрагменты), но также и с программируемым выводом и деактивацией токсичных продуктов, и их дальнейшей утилизацией с помощью имеющихся в организме человека систем органов (печень, желудочно-кишечный тракт, почки, легкие, потовые железы). Эффективность и специфичность систем молекулярной и ферментативной хирургии связаны с совершенствованием векторов доставки, а также возможностями по внешнему управлению их активностью. Например, высокоспецифичная доставка к целевым тканям может осуществляться посредством векторов на основе клеток, вирусных систем ( AAV , HIV , HSV ), РНК-белковых комплексов, бактофекции, а внешнее управление выполняться методами биофотоники и оптогенетики .

Перспективы

Использование совокупности кодирующих ( ДНК , РНК ) и сигнальных (белки и нуклеиновые кислоты) молекул для регуляции функционала организма для редактирования генома и изменения клеточной организации позволяет рассматривать возможность персонализации хирургических вмешательств на основе «омиксных» данных организма пациента ( геном , транскриптом , метаболом , эпигеном ) для достижения индивидуального физиологического ответа. Подобная высокотехнологичная реализация принципов функциональной молекулярной и ферментативной хирургии в виде систем редактирования генома, тераностических агентов (обеспечивающих как диагностику, так и лечение), представляют собой развитие методического приема «физиологической хирургии» И. П. Павлова (1902) и современного представления о персонализированном подходе к хирургическому лечению пациента.

Примечания

Литература

• Doherty, R. (2006). 'Molecular surgery’in the treatment of rheumatoid arthritis. Nature Reviews. Rheumatology , 2 (2), 61. doi:
• Roth, J. A. (1992). Molecular surgery for cancer. Archives of Surgery , 127(11), 1298—1302. doi:
• Stone, R. (1992). Molecular 'surgery' for brain tumors. Science , 256(5063), 1513—1514. doi:
• Hobom, B. (1980). [With the scalpels of gene surgery against disease and hunger]. Therapie der Gegenwart , 119(2), 125—138.