Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στην Ιατρική

Η βιοτεχνολογία έχει συμβάλλει σε τρεις στόχους της Ιατρικής που είναι:

Η άμεση διάγνωση μιας ασθένειαςΗ πρόληψη σοβαρών ασθενειώνΗ αποτελεσματική θεραπεία

Έγκαιρη διάγνωση

Η ανάπτυξη ευαίσθητων τεχνικών που εντοπίζουν την ασθένεια στα αρχικά της στάδια, πριν να

εμφανιστούν τα συμπτώματά της στον οργανισμόΗ ανίχνευση κάποιας μόλυνσης από παθογόνους

οργανισμούςΗ διαπίστωση κάποιας κληρονομικής ασθένειας.

πρόληψη

Η πρόληψη σοβαρών ασθενειών όπως η ηπατίτιδα Β, η πολιομυελίτιδα και η φυματίωση, χρειάζεται

εξελιγμένα, ασφαλή και οικονομικά προσιτά εμβόλια.

Η πρόληψη ασθενειών όπως το AIDS, η μηνιγγίτιδα και ο καρκίνος είναι επιτακτική

ανάγκη

Η αποτελεσματική θεραπεία

Η αποτελεσματική θεραπεία προϋποθέτει την κατανόηση των βιοχημικών μηχανισμών και του

γενετικού υπόβαθρου της ασθένειας, για να εφαρμοστεί η κατάλληλη θεραπεία, είτε με

φαρμακευτική αγωγή είτε με «γενετική διόρθωση» της βλάβης

Αποτελούν συνεισφορά της Βιοτεχνολογίας

Η γονιδιακή θεραπεία στηρίζεται στην εφαρμογή της τεχνολογίας του

ανασυνδυασμένου DNA στη θεραπεία πολλών γενετικών ασθενειών, όπως η κυστική ίνωση, το AIDS και διάφοροι

τύποι καρκίνου

Οι φαρμακευτικές πρωτεΐνες πριν την ανάπτυξη της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA

Διαθέσιμες σε πολύ μικρές ποσότητεςΑκριβή και πολύπλοκη η διαδικασία της παραγωγής

τουςΜη πλήρως κατανοητή η βιολογική τους δράσηΥπεύθυνες για αλλεργικές αντιδράσεις

Οι φαρμακευτικές πρωτεΐνες με την ανάπτυξη της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA

Σήμερα έχουν κλωνοποιηθεί τα υπεύθυνα γονίδια για την παραγωγή περισσότερων από 300 φαρμακευτικών πρωτεϊνών.

Παράγονται με την τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA

Παρασκευάστηκαν: η ινσουλίνη, οι ιντερφερόνες και η αυξητική ορμόνη.

Ινσουλίνη

Είναι ορμόνη που αποτελείται από 51 αμινοξέαΠαράγεται από ειδικά κύτταρα του παγκρέατοςΡυθμίζει το μεταβολισμό των υδατανθράκων, ιδιαίτερα

της γλυκόζης στο αίμα.Αποτελείται από δύο μικρά πεπτίδια, Α και Β που

συγκρατούνται μεταξύ τους με δισουλφιδικούς δεσμούς.Παράγεται από το πρόδρομο μόριό της, την

προϊνσουλίνη, και με την ικανότητα των μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων μετατρέπεται σε ινσουλίνη, με την αφαίρεση του ενδιάμεσου πεπτιδίου.

Διαβήτης

Ασθένεια που χαρακτηρίζεται από έλλειψη, ή μείωση ινσουλίνης. Περισσότερα από 60000000 άτομα πάσχουν από διαβήτη, παγκοσμίως.

Πριν από το 1982 χρησιμοποιείτο για την θεραπεία των διαβητικών ατόμων η ινσουλίνη που προερχόταν από πάγκρεας χοίρων και βοοειδών.

Η ινσουλίνη αυτή παραγόταν με μια δαπανηρή και πολύπλοκη διαδικασία, από την εκχύλιση των ιστών αυτών.

Η μικρή διαφορά στη σύσταση των αμινοξέων της οδηγούσε σε αλλεργικές αντιδράσεις.

ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗΣ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗΣ ΑΠΟ ΒΑΚΤΗΡΙΑ

Κατασκευή cDNA βιβλιοθήκης

Γίνεται από τα κύτταρα του παγκρέατος στα οποία εκφράζεται το συγκεκριμένο

γονίδιο της ινσουλίνης

Επιλέγεται ο κλώνος που περιέχει το γονίδιο

cDNA βιβλιοθήκη

cDNA βιβλιοθήκη

Απομόνωση του συνολικού mRNA από κύτταρα του ανθρώπινου παγκρέατος στα οποία εκφράζεται το γονίδιο της ινσουλίνης.

Προστίθεται αντίστροφη μεταγραφάση και δημιουργείται υβριδικό δίκλωνο μόριο DNA με RNA.

Αποδιατάσσεται το υβριδικό δίκλωνο μόριο DNA-RNA

Το μονόκλωνο DNA γίνεται δίκλωνο με τη βοήθεια DNA πολυμεράσης.

Ενσωμάτωση των δίκλωνων μορίων DNA σε πλασμίδια.

cDNA βιβλιοθήκη

Η ενσωμάτωση επιτυγχάνεται με το ένζυμο DNA δεσμάση.

Μετασχηματισμός βακτηρίων με τα ανασυνδυασμένα πλασμίδια και πολλαπλασιασμός τους σε υγρό θρεπτικό υλικό.

Επιλογή των βακτηρίων που μετασχηματίστηκαν σε θρεπτικό υλικό που περιέχει αντιβιοτικό.

Επιλογή της αποικίας που φέρει το γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί το μόριο της προϊνσουλίνης με ειδικούς ανιχνευτές.

cDNA βιβλιοθήκη

Ανάπτυξη των βακτηρίων αυτών σε βιοαντιδραστήρα με στόχο την παραγωγή μεγάλης ποσότητας προϊνσουλίνης

Η προϊνσουλίνη συλλέγεται και με το κατάλληλο ένζυμο που αφαιρεί το ενδιάμεσο πεπτίδιο, μετατρέπεται σε ινσουλίνη.

Στη συνέχεια πραγματοποιείται καθαρισμός και χορηγείται με ενδοφλέβια ένεση στον ασθενή.

Διαδικασία παραγωγής ινσουλίνης με μεθόδους Γενετικής Μηχανικής

Παραγωγή ανθρώπινων ιντερφερονών

Οι ιντερφερόνες είναι αντιιικές πρωτεΐνες που παράγονται από κύτταρα που έχουν μολυνθεί από ιούς.

Οι πρωτεΐνες αυτές επάγουν την παραγωγή άλλων πρωτεϊνών από γειτονικά υγιή κύτταρα, οι οποίες εμποδίζουν τον πολλαπλασιασμό των ιών σ΄αυτά.

Οι ιντερφερόνες έχουν πιθανώς αντικαρκινική δράση.

Κατασκευή cDNA βιβλιοθήκης

Η κατασκευή cDNA βιβλιοθήκης για την παραγωγή ιντερφερονών ακολουθεί τα ίδια βήματα με εκείνη για την παραγωγή ινσουλίνης.

Οι ιντερφερόνες ταξινομούνται ανάλογα με τη χημική και βιολογική ενεργότητά τους σε τρία είδη: τις ιντερφερόνες α,β,γ.

Παράγονται σε ελάχιστες ποσότητες στο ανθρώπινο σώμα και δεν ήταν ευρεία η χρήση τους στον ανθρώπινο οργανισμό.

Κατασκευή cDNA βιβλιοθήκης για παραγωγή ιντερφερονών

Εκτίθενται σε ιούς ανθρώπινα κύτταρα που παράγουν ιντερφερόνες, (π.χ) Β-λεμφοκύτταρα ή Τ-λεμφοκύτταρα, ή επιθηλιακά κύτταρα.

Απομονώνεται το συνολικό ώριμο mRNA από τα κύτταρα αυτά.

Προστίθεται αντίστροφη μεταγραφάση και δημιουργείται υβριδικό δίκλωνο μόριο DNA με RNA.

Αποδιατάσσεται το υβριδικό δίκλωνο μόριο DNA-RNA

Το μονόκλωνο DNA γίνεται δίκλωνο με τη βοήθεια DNA πολυμεράσης.

Ενσωμάτωση των δίκλωνων μορίων DNA σε πλασμίδια.

Η ενσωμάτωση επιτυγχάνεται με το ένζυμο DNA δεσμάση.

Μετασχηματισμός βακτηρίων με τα ανασυνδυασμένα πλασμίδια και πολλαπλασιασμός τους σε υγρό θρεπτικό υλικό.

Επιλογή των βακτηρίων που μετασχηματίστηκαν σε θρεπτικό υλικό που περιέχει αντιβιοτικό.

Επιλογή της αποικίας που φέρει το γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί το μόριο της ιντερφερόνης με ειδικούς ανιχνευτές.

ΜΟΝΟΚΛΩΝΙΚΑ ΑΝΤΙΣΩΜΑΤΑ

Τα αντισώματα

Τα αντισώματα είναι πρωτεϊνικά μόρια που παράγονται από τα Β-λεμφοκύτταρα του ανοσοποιητικού μας συστήματος, όταν ένα αντιγόνο προσβάλει τον οργανισμό.

Τα αντισώματα αντιδρούν με το αντιγόνο και το εξουδετερώνουν.

Τα αντισώματα

Ένα αντίσωμα αναγνωρίζει μόνο μία περιοχή του αντιγόνου, η οποία ονομάζεται αντιγονικός καθοριστής.

Ένα μεγάλο αντιγόνο π. χ ένας μικροοργανισμός έχει πολλούς αντιγονικούς καθοριστές, γι΄ αυτό παράγονται πολλά είδη αντισωμάτων εναντίον του.

Τα αντισώματα

Κάθε είδος αντισώματος που αναγνωρίζει έναν αντιγονικό καθοριστή παράγεται από μία ομάδα όμοιων Β-λεμφοκυττάρων που αποτελούν έναν κλώνο.

Τα αντισώματα που παράγονται από έναν κλώνο Β-λεμφοκυττάρων ονομάζονται μονοκλωνικά.

Εφαρμογές των μονοκλωνικών αντισωμάτων

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΟΝΟΚΛΩΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΣΩΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Είναι απαραίτητο να γίνεται η παραγωγή τους σε μεγάλες ποσότητες.

Τα Β-λεμφοκύτταρα δεν επιβιώνουν πολύ έξω από το σώμα και δεν μπορούν να διατηρηθούν σε κυτταροκαλλιέργειες.

Την ικανότητα αυτή την αποκτούν ύστερα από σύντηξη με καρκινικά κύτταρα.

Τα υβριδικά κύτταρα που δημιουργούνται ονομάζονται υβριδώματα.

Η τεχνική της παραγωγής μονοκλωνικών αντισωμάτων.

Ένα επιλεγμένο αντιγόνο χορηγείται με ένεση σε ποντίκι και προκαλεί ανοσολογική απόκριση με αποτέλεσμα να αρχίσει η παραγωγή αντισωμάτων από εξειδικευμένα Β-λεμφοκύτταρα.

Ύστερα από δύο εβδομάδες αφαιρείται ο σπλήνας και απομονώνονται τα Β-λεμφοκύτταρα.

Τα κύτταρα αυτά συντήκονται με καρκινικά κύτταρα και παράγονται τα υβριδώματα.

Τα υβριδώματα

Τα υβριδώματα μπορούν να φυλάσσονται για μεγάλα χρονικά διαστήματα στην κατάψυξη στους

- 800 και να παράγουν μεγάλες ποσότητες των συγκεκριμένων μονοκλωνικών αντισωμάτων οποιαδήποτε στιγμή.

Τα μονοκλωνικά αντισώματα ως ανοσοδιαγνωστικά

Επειδή αναγνωρίζουν ειδικά έναν αντιγονικό καθοριστή είναι πολύ χρήσιμα ως ανοσοδιαγνωστικά.

Μπορούν να ανιχνεύσουν στα υγρά του σώματος (αίμα, ούρα) ουσίες που είναι υπεύθυνες για ποικίλες ασθένειες, παθογόνους μικροοργανισμούς, καθώς και τη διακύμανση της συγκέντρωσης διάφορων προϊόντων του μεταβολισμού, η οποία μπορεί να προοιωνίζει την πιθανότητα εμφάνισης κάποιας ασθένειας.

Τα μονοκλωνικά αντισώματα ως ανοσοδιαγνωστικά

Η τεχνική ανίχνευσης είναι γρήγορη, απλή, ευαίσθητη και ακριβής.

Επιτρέπει τη διάγνωση ασθενειών στα πολύ αρχικά της στάδια, πριν δηλ. εμφανιστούν τα συμπτώματα.

Θα συνεισφέρουν σημαντικά στην αύξηση της ευαισθησίας κλινικών δοκιμασιών, όπως η τυποποίηση των ομάδων αίματος και η εξακρίβωση μιας πιθανής κύησης.

Τα μονοκλωνικά αντισώματα ως θεραπευτικά

Τα αντισώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως θεραπευτικά.

Η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή τους αφορά τη θεραπεία του καρκίνου.

ΤΑ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΕΧΟΥΝ ΣΤΗΝ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΤΟΥΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΓΑΛΗ ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΑΝΤΙΓΟΝΩΝ ΠΟΥ ΔΕΝ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΣΤΑ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΟΝΟΜΑΖΟΝΤΑΙ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΑΝΤΙΓΟΝΑ

Τα μονοκλωνικά αντισώματα ως θεραπευτικά

Έτσι μπορούν να κατασκευαστούν μονοκλωνικά αντισώματα εναντίον αυτών των αντιγόνων

Τα μονοκλωνικά αντισώματα είναι πολύ ειδικά μόνο για τα καρκινικά κύτταρα και μπορούν να γίνουν μεταφορείς ισχυρών αντικαρκινικών φαρμάκων.

Όταν εισαχθούν στον οργανισμό βρίσκουν και προσβάλλουν τους καρκίνους-στόχους.

Τα μονοκλωνικά αντισώματα ως θεραπευτικά

Τα αντικαρκινικά φάρμακα που είναι συνδεμένα με τα αντισώματα δρούνε κατευθείαν στα καρκινικά κύτταρα και τα καταστρέφουν.

Επιτρέπουν έτσι τη θεραπεία με αποφυγή της χειρουργικής επέμβασης και των δυσάρεστων επιπτώσεων της χημειοθεραπείας.

Τα μονοκλωνικά αντισώματα χρησιμοποιούνται για την επιλογή οργάνων συμβατών για μεταμόσχευση.

Τα κύτταρα των οργάνων έχουν στην επιφάνειά τους ειδικά αντιγόνα επιφανείας, που αναγνωρίζονται από ειδικά μονοκλωνικά αντισώματα

Με τα μονοκλωνικά αντισώματα μπορεί να γίνει έλεγχος των οργάνων δωρητών, για να διαπιστωθεί αν ταιριάζουν ανοσολογικά με τα αντίστοιχα των ασθενών.

Έτσι είναι δυνατόν να αποφευχθεί η απόρριψη και να είναι επιτυχής η μεταμόσχευση.