7 ПРИЛОЖЕНИЯ НА БИОЛОГИЯТА В МЕДИЦИНАТА - БИОЛОГИЯ - 2025

В приложенията на биологията в медицината са всички практически инструменти, които биомедицината предлага в лабораторна диагностика, медицински грижи и в други области, свързани със здравеопазването.

Медицинската биология предлага широк спектър от технологични и научни подходи, които могат да варират от ин витро диагностика до генна терапия. Тази дисциплина биология прилага разнообразието от принципи, които управляват естествените науки в медицинската практика.

Mycobacterium tuberculosis. Източник: NIAID във Flickr., чрез Wikimedia Commons

За целта специалистите извършват изследвания на различните патофизиологични процеси, като вземат предвид от молекулните взаимодействия до интегралното функциониране на организма.

По този начин биомедицината предлага нови алтернативи по отношение на създаването на лекарства с по-ниски токсични нива. По същия начин той допринася за ранната диагностика на болестите и тяхното лечение.

Примери за приложения на биологията в медицината

Селективна терапия за астма

Предполага се, че SRS-A (бавно реагиращо вещество на анафилаксия) играе важна роля при астма, състояние, което толкова силно засяга хората.

Следващи проучвания установяват, че това вещество представлява смес между левкотриен С4 (LTC4), левкотриен Е4 (LTE4) и левкотриен D4 (LTD4). Тези резултати отвориха вратите за нови селективни лечения на астма.

Работата беше насочена към идентифициране на молекула, която конкретно блокира действието на LTD4 в белите дробове, като по този начин се избягва стесняване на дихателните пътища.

В резултат на това са разработени лекарства, съдържащи левкотриенови модификатори, които се използват за терапия на астма.

Селективност и противовъзпалителни средства

Нестероидните противовъзпалителни средства (НСПВС) отдавна се използват при лечението на артрит. Основната причина е неговата висока ефективност за блокиране на ефектите на арахидоновата киселина, намираща се в ензима циклооксигеназа (COX).

Когато обаче ефектът на СОХ се инхибира, той също така пречи на неговата функция като стомашно-чревен протектор. Последните проучвания показват, че циклооксигеназата се състои от семейство ензими, където 2 от нейните членове имат много сходни характеристики: CO-1 и COX-2.

COX-1 има гастропротективен ефект, като инхибира този ензим, защитата на чревния тракт се губи. Основното изискване на новото лекарство ще бъде ориентирано към селективно инхибиране на COX-2, за да се постигне постоянството на двете функции: защитна и противовъзпалителна.

Специалистите успяха да изолират молекула, която избирателно атакува COX-2, така че новото лекарство предлага и двете ползи; противовъзпалително, което не причинява стомашно-чревни увреждания.

Алтернативни методи за прилагане на лекарства

Традиционните методи за прилагане на хапчета, сиропи или инжекции изискват химикалът да влезе в кръвта, за да бъде разпръснат по цялото тяло.

Проблемът възниква, когато се появят нежелани реакции в тъкани или органи, за които лекарството не е било предназначено, с утежняване, че тези симптоми могат да се появят преди постигане на желаното терапевтично ниво.

В случай на традиционно лечение на мозъчен тумор, лекарството трябва да има много по-висока концентрация от обикновено, поради кръвно-мозъчни бариери. В резултат на тези дози, страничните ефекти могат да бъдат силно токсични.

За да постигнат по-добри резултати, учените са разработили биоматериал, който се състои от полимерно устройство. Това е биосъвместимо и се разтваря бавно, освобождавайки лекарството. В случай на мозъчен тумор туморът се отстранява и се поставят полимерни дискове, които са съставени от химиотерапевтично лекарство.

По този начин дозировката ще бъде точно необходимата и ще се освободи в засегнатия орган, като значително ще намали възможните странични ефекти при други системи на тялото.

Протеинови хидрогели за повишаване на ефикасността на инжектирането на стволови клетки

При терапията на основата на стволови клетки е важно количеството, доставено на пациента, да е клинично адекватно. Освен това е необходимо жизнеспособността му да се поддържа in situ.

Най-малко инвазивният начин за доставяне на стволови клетки е директната инжекция. Тази опция обаче предлага само 5% жизнеспособност на клетките.

За да посрещнат клиничните нужди, специалистите са разработили система за отслабване и самолечение, която се състои от два протеина, които се саморазглобяват в хидрогели.

Когато се прилага тази хидрогелна система, заедно с терапевтичните клетки, се очаква да подобри клетъчната жизнеспособност на онези места, където има тъканна исхемия.

Използва се и в случай на периферна артериална болест, където е приоритет поддържането на жизнеспособността на клетките, които позволяват притока на кръв в долните крайници

Цинк за атака на клетки, произвеждащи инсулин

Инсулиновата инжекция действа като контролира симптомите на диабет. Изследователите предлагат да действат директно върху бета клетките на панкреаса, които генерират инсулин. Ключът може да бъде афинитетът на тези клетки към цинка.

Бета клетките натрупват цинк около 1000 пъти повече от останалите клетки, които съставляват околните тъкани. Тази характеристика се използва за идентифицирането им и селективно прилага лекарства, които насърчават регенерацията им.

За да направите това, изследователите свързват хелатиращ агент на цинк с лекарство, което регенерира бета клетките. Резултатът показва, че лекарството също се фиксира върху бета клетките, което ги кара да се размножават.

В тест, проведен върху плъхове, бета клетките регенерират около 250% повече от другите клетки.

NGAL като предиктор за остро увреждане на бъбреците

Липокалин, свързан с неутрофилна желатиназа, известен с акронима NGAL, е протеин, използван като биомаркер. Нейната роля е да открива остро увреждане на бъбреците при индивиди със сърпови клетки. При тези видове пациенти, измерването на серума вероятно предсказва началото на заболяването.

Бъбречните заболявания, като повишен креатинин и урея, са едно от усложненията при сърповидно-клетъчното заболяване. Изследванията свързват NGAL с нефропатия при пациенти с диабет тип 2.

Това прави NGAL чувствителен и важен инструмент в клиничните условия, поради ниската цена, лесния достъп и наличността.

Освен това, той е чувствителен биомаркер, който допринася за ранното откриване с много широк диапазон за рутинно оценяване по време на лечението на сърповидноклетъчната болест.

Витамин D, инхибитор на растежа на Mycobacterium tuberculosis

Туберкулозата е предимно белодробно заболяване, свързано с Mycobacterium tuberculosis. Прогресирането на заболяването ще зависи от реакцията на имунната система, чиято ефективност се влияе от външни и вътрешни фактори, като генетиката.

Сред външните фактори са физиологичният и хранителният статус на пациента. Проучванията показват, че дефицитът на витамин D може да бъде пряко свързан с нарушената регулация на имунната система.

По този начин ще бъдат засегнати имуномодулиращите действия на споменатата система върху M. tuberculosis. Повишеният шанс за заразяване с туберкулоза може да бъде свързан с ниско ниво на витамин D.

Клиничното значение показва, че антитуберкулозната терапия, предизвикана от витамин D3, може да действа като допълнение към лечението на туберкулозата

Препратки

1. Atere AD, Ajani OF, Akinbo DB, Adeosun OA, Anombem OM (2018). Серумни нива на липокалин, свързан с неутрофилна желатиназа (NGAL), като предиктор за остра травма на бъбреците в сърповидно-клетъчните субекти. J Биомедицински. Възстановени от jbiomeds.com
2. Кембъл, А. К. (1988) Химилуминесценция. Принципи и приложения в биологията и медицината. ETDE Web. Възстановени от osti.gov.
3. Smith RC1, Родос SJ. (2000 г.). Приложения на биологията на развитието в медицината и животновъдството. Възстановени от ncbi.nlm.nih.go
4. Ngan Huang, Sarah Heilshorn (2019). Протеин-инженерни хидрогели за подобрена ефикасност на инжекционната терапия на основата на стволови клетки в миши модел за периферна артериална болест в университета в Станфорд. Възстановен от chemh.stanford.edu.
5. Nathan Collins (2018). Изследователите използват цинк, за да се насочат към клетки, произвеждащи инсулин, с регенеративно лекарство. Университет в Станфорд. Възстановен от chemh.stanford.edu.
6. Национален център за информация за биотехнологиите (NCBI) (2003). Отвъд молекулярната граница: Предизвикателства пред химията и химическото инженерство. Взета от: ncbi.nlm.nih.gov
7. Soni P, Shivangi, Meena LS (2018) Витамин D-Имунен модулатор и инхибитор на растежа на Mycobacterium Tuberculosis H37Rv. Journal of Molecular Biology and Biothecnology. Възстановено от imedpub.com.