Наиболее эффективной формой развития инженерии пренебрежимого старения стал бы координированный "Манхэттенский проект", в рамках которого значительные целевые средства выделялись бы должным и систематическим образом. Лучшим решением было бы, возможно, создание исследовательского института, который осуществлял бы основной объем исследований. Данная страница резюмирует мое видение такого института и объясняет, почему подобное решение было бы наилучшим использованием миллиарда долларов, а также какие основные проекты выполнялись бы под его эгидой. Я попытался изложить это в таком виде, который был бы понятен возможным спонсорам, готовым выделить необходимый капитал (или его значительную часть) в течение десяти лет. Если вы знаете таких людей, познакомьте их, пожалуйста, с этим проектом!

A. Ответы на главные вопросы

1) Какие основные проекты и при каком уровне финансирования будут осуществляться в ИБГ?

Основные проекты, поддерживаемые ИБГ - это такие, которые:

- имеют ясно очерченную цель: на примере мыши, обратить вспять один из пока еще необратимых аспектов человеческого старения;
- не зависят от радикальных технологических достижений;
- неадекватно финансируются из других источников;
- уже являются объектом пробных исследований или исследований в смежной области.

Финансирование предполагается утверждать на основе экспертных оценок. Изначально будут приниматься заявки по следующим темам:

a) функциональное внедрение в ядро всех 13 генов, кодирующих протеины в митохондриях, что позволит обезвредить мутации ДНК в митохондриях (ди Грей 2000);
b) повышение катаболической способности лизосом за счет отсутствующих в млекопитающих гидролитических энзимов, что позволит устранить нерасщепляемые агрегации (ди Грей 2002);
c) полное устранение способности к удлинению теломер, компенсируемой за счет аутотрансплантации стволовых клеток, что позволит предотвращать развитие рака (ди Грей и др. 2004);
d) удаление/уничтожение нежелательных, токсичных клеток, что позволит избавиться от их токсичности;
e) разрушение внеклеточных межбелковых перекрестных связей, что позволит восстановить биофизические характеристики матрицы (в первую очередь эластичность).

По первым трем темам опубликованы работы доктора ди Грея (ди Грей 2000, 2002; ди Грей и др. 2004). Каждая из тем предполагает общий объем финансирования в пределах от $2 до $15 млн. в год, что будет распределяться среди минимум 3 и максимум 15 исследовательских групп. Эти группы могут работать в специализированном ИБГ или других университетах и исследовательских учреждениях. Будут также приниматься заявки на выполнение проектов, не охваченных данными темами, если будет доказано их соответствие четырем приведенным выше критериям.

Кроме того, ИБГ будет заниматься управлением призового фонда, учрежденного для выведения мыши рекордной продолжительности жизни. Цель этого приза - поощрять творческий подход в исследовании новых идей продления жизни млекопитающих, которые не достаточно конкретны, чтобы отвечать требованиям прямого финансирования из средств ИБГ. Предварительная схема администрирования такого призового фонда была разработана доктором ди Греем (ди Грей и др. 2001). Необходимый уровень призового фонда - $10 млн., что соответствует прогнозируемым годовым расходам на уровне менее $3 млн. в год. Администрирование призового фонда обойдется в $0,5 млн. в год.

Наконец, ИБГ будет заниматься организацией и проведением конференций в области биомедицинской геронтологии. Сюда относятся: целенаправленные обсуждения за круглым столом с участием не более 10 приглашенных специалистов, стандартные академические встречи, охватывающие широкий круг вопросов, а также публичные выступления, предназначенные для пропаганды работы ИБГ среди неспециалистов. Общие издержки такой деятельности составят максимум $0,5 млн. в год.

2) Почему эти проекты должны увенчаться успехом в пределах 10 лет?

Предполагаемые временные рамки являются прямым следствием критериев, перечисленных в последней части. С учетом (а) значительных фундаментальных исследований и (б) четкого плана действий, в ходе выполнения которых я не предвижу непреодолимых препятствий, единственными факторами, способными удлинить временные рамки, являются недостаточное финансирование, отсутствие экспертов, заинтересованных в выполнении работы, или непредвиденные технические трудности. Существование ИБГ и кандидатов на получение средств снимет два первых фактора; третий невозможно исключить полностью, однако его вероятность низка благодаря той уверенности, с которой специалисты занимаются фундаментальными исследованиями.

Поскольку все эти проекты уже обладают детальной структурой, присущей коммерческим научно-проектным темам (и нетипичным для базисных научных тем), можно легко определить временные рубежи вплоть до уровня годичных и полугодичных промежуточных целей. В типичном случае ИБГ будет гарантировать минимальное финансирование проекта в течение минимум пяти лет, однако выделяемые средства будут существенно увеличиваться (как правило, двойное увеличение годичного бюджета) при успешном достижении поставленных целей. Это обеспечит правильный баланс между надежностью (что позволит сохранять высокую степень риска при энергичных методах решения проблемы) и стимулированием скорейшего достижения прогресса.

3) Почему эти проекты должны привести к значительному омоложению мыши?

Сначала нам нужно дать определение "значительному омоложению мыши". В нашем случае под этим понимается терапия, которая применяется к мыши только после того, как ее возраст составит 75% от ожидаемой продолжительности жизни, и которая увеличит общую продолжительность здоровой жизни минимум на 30%. (Это будет соответствовать примерно тройному увеличению оставшейся продолжительности здоровой жизни). Кроме того, мышь должна принадлежать к той разновидности, чья продолжительность жизни (без какой-либо терапии) составляет 3 года (что является большим сроком для мыши).

Эти проекты должны привести к значительному омоложению мыши, поскольку - вместе с некоторыми другими областями исследований, которые хорошо финансируются из других источников, - они обращают вспять основные патологические изменения на молекулярном и клеточном уровнях, которые отличают человека среднего возраста от человека молодого возраста. Доктор ди Грей опубликовал детальный анализ данного вопроса - как совместно с ведущими биогеронтологами (ди Грей и др. 2002a, 2002b ), так и отдельно (ди Грей 2003). Вкратце, существует семь категорий таких возрастных изменений, для которых пока еще нет эффективных медицинских средств. Пять из этих областей охватываются проектами, перечисленными выше и обсуждаемыми во второй части настоящего меморандума; двумя остальными (утрата клеток и аккумуляция внеклеточных агрегаций) занимаются относительно хорошо финансируемые исследовательские группы. Все аспекты связанного с возрастом старения являются итогом одного или нескольких таких изменений, поэтому, если бы подобные изменения обращались вспять (периодически или постоянно) и, следовательно, не накапливались с течением времени, старения не наблюдалось бы. Оно снова проявлялось бы в более преклонном возрасте в результате более медленного накопления других изменений, не ведущих к патологии в течение нормальной (в сегодняшнем понимании) продолжительности жизни; подобными изменениями можно будет заняться только после того, как они будут выявлены благодаря устранению тех изменений, которые уже известны. Однако, продление жизни, определяемое как "значительное омоложение мыши", будет достигнуто без решения таких "проблем второго поколения".

4) Почему значительное омоложение мыши не представляется реальным без ИБГ?

В настоящее время ни одна организация не поддерживает исследования того типа, который был описан выше, за исключением случаев востребованности подобных исследований за пределами сферы продления жизни. Кроме того, даже при наличии финансирования, оно выделяется на весьма скромные, краткосрочные проекты и/или такие проекты, которые относятся к "основной науке", то есть направлены на совершенствование понимания определенного аспекта биологии в противоположность манипулированию этим аспектом. На другом конце спектра - исследования того, что сегодня называется "антивозрастной медициной", а именно - добавок и других интервенций, направленных на очень скромное увеличение ожидаемой продолжительности жизни. Те проекты, на которых сосредоточит свое основное внимание ИБГ, находятся между этими двумя крайностями: они слишком амбициозны, чтобы приниматься медициной, и слишком ориентированы на конкретную цель, чтобы приниматься биологией. Поэтому в отсутствие источника, чье специальное назначение - заполнить эту брешь, эти исследования скорее всего будут отсрочены на десятилетие. Это означает, что без ИБГ примерно полмиллиарда людей умрет от старости; их можно было бы спасти, если бы ИБГ был создан сейчас.

Помимо того, являясь основным спонсором всех этих проектов, ИБГ сможет уверенно координировать и ускорять взаимодействие между исследовательскими группами, что приведет к быстрому появлению мышей, в которых будут внедряться достижения в рамках всех этих проектов. Это куда менее вероятно при традиционных формах финансирования.

5) Почему значительное омоложение мыши - скорейший путь к излечению человеческого старения?

Причина имеет научно-социологическое обоснование. Последние стадии создания подлинного средства от человеческого старения будут финансироваться из общественных средств в результате решительных требований общества как можно скорее добиться результата. Такие требования появятся только тогда, когда общество почувствует, что излечение старение - дело ближайшего будущего, по сравнению с сегодняшним положением, когда практически никто не верит в его достижимость при жизни нынешнего или будущего поколений и вследствие этого не выступает в пользу таких исследований. Поэтому скорейший путь к излечению старения - добиться таких лабораторных результатов, которые будут достаточно убедительными, чтобы привести к изменению в общественном сознании. Значительное омоложение мыши, определенное выше, должно быть достаточным для выполнения этой задачи, причем успеха здесь можно добиться быстрее, чем в какой-либо иной сопоставимой области. Это объясняется огромными научными познаниями и техническим опытом манипулирования мышами, накопленными в течение прошлого века, а также относительным сходством мышей с людьми (по сравнению, например, с дрозофилой).

6) Почему большинство биогеронтологов не выступают с аналогичными заявлениями?

В двух словах, большинство ученых не понимают инженерии. Наука не занимается управлением процессами или воздействием на них; ее цель - понять их суть. Поэтому почти все биогеронтологи подчеркивают сложность старения, но вывод, который они из этого делают, состоит в том, что мы должны более детально изучить старение, прежде чем сможем приступить к разработке эффективных терапевтических средств. Инженер согласен с тем, что неадекватное понимание системы препятствует надежному манипулированию такой системой, но он также знает, что даже относительно неполное ее понимание может быть достаточным для его целей. Экстремальный пример: детальное понимание функционирования лошади вовсе не нужно для того, чтобы добраться с ее помощью из одного места в другое.

И наоборот, большинство инженеров не понимают науку. Инженерам свойственно недооценивать сложность системы, особенно в биологии, где система столь чрезвычайно сложна, в результате чего предлагаются решения, несостоятельные из-за того, что какой-то аспект проблемы оказывается упущенным.

Я являюсь биологом с подготовкой в области вычислительной техники и информатики. Я нахожусь в необычно выгодном положении, позволяющем избежать вышеуказанные ошибки, поскольку обладаю глубокими познаниями в области старения млекопитающих (включая людей) и складом ума, ориентированным на достижение целей и способствующим выявлению возможных и эффективных интервенций.

Есть и иные причины пессимистичного тона в публичных высказываниях большинства биогеронтологов относительно возможных темпов прогресса, что, вероятно, легче понять, поскольку эти причины присущи другим областям, а не только науке. Прогресс идей всегда сопряжен с огромной инерцией вследствие эмоциональной, интеллектуальной и финансовой поддержки общепринятых взглядов со стороны тех, кто их придерживается. Как и другим людям, ученым трудно списать такие затраты и принять новую систему понятий, даже при наличии исчерпывающих доводов в пользу новой системы. Это проявляется, например, в нежелании познакомиться с соответствующей научной литературой и даже в принципиальном несогласии с релевантностью такой литературы. Это проявляется также в стремлении уклоняться от открытых дебатов, поскольку такие дебаты несут с собой риск вынужденного признания превосходства новой системы. Хотя и неосознанные, эти факторы являются чрезвычайно мощным препятствием на пути прогресса.

Мне повезло и в другом отношении: поскольку у меня нет собственной лаборатории, продолжение моей карьеры не зависит от анонимных оценок моей работы со стороны других биогеронтологов ("цехового анализа"). Это означает, что я могу быть предельно откровенным в своей критике тех коллег, которые повинны в наиболее явных из вышеупомянутых недостатков, без того чтобы опасаться за серьезные последствия. Поэтому я регулярно публикую свои комментарии весьма конфронтационного характера как в академических, так и в популярных изданиях, вынуждая моих коллег - чье молчание ведет лишь к сохранению существующих догм - отвечать мне. Это приносит результаты, хотя здесь еще многое предстоит сделать.

B. Перспективные проекты ИБГ: статус и ближайшие направления

В данном разделе дается краткое описание статуса и ближайших действий по пяти ключевым областям целенаправленных исследований, которые станут составными элементами значительного омоложения мыши. Мотивация для достижения этой цели и, следовательно, для осуществления данных проектов кратко описана в предыдущем разделе. Даются также примерные оценки необходимого финансирования, исходящие из $200 тыс. в год на одного штатного исследователя, что включает зарплату, оборудование и материалы.

a) Функциональное внедрение в ядро всех 13 генов, кодирующих протеины в митохондрии, что позволит обезвредить мутации ДНК в митохондриях

Основание: мутации в митохондриях аккумулируются с возрастом и приводят к тому, что некоторые клетки утрачивают способность использовать кислород. Это происходит быстрее в организмах с коротким сроком жизни, что позволяет предположить, что данное явление способствует старению. Только 13 протеинов подвержены таким мутациям; остальные (примерно 1000) кодируются ДНК ядра, которая обладает неизмеримо лучшей защитой. Таким образом, нам нужно внедрить копии этих генов в ядро (с помощью генной терапии в людях, но прежде - с помощью хорошо разработанных методов в мышах), с тем чтобы эти 13 протеинов были в наличии даже в случае мутаций в митохондрии. Это означает, что клетка будет сохранять способность использовать кислород и будет оставаться здоровой и нетоксичной.

Источник: впервые предложено в качестве антивозрастной терапии Хоубеном (Hoeben). Обычно называется "аллотипная экспрессия". Общая концепция внедрения митохондриальных генов в ядро была впервые предложена и воплощена (в дрожжевой культуре) группой Нэгли (Nagley) в 1986 году.

Статус: три из 13 протеинов были экспрессированы из ядра с подтвержденной последующей функциональностью (позволяя использовать кислород при мутации соответствующего гена в митохондрии). Однако, до сих пор это было продемонстрировано только в клеточной культуре, а не в живой мыши.

Очередные шаги: несколько подходов к достижению функциональности всех 13 генов -сначала в культуре, а затем в мышах, - прошли критический анализ (ди Грей). Главным успехом последнего времени было клонирование четырех таких генов из зеленых водорослей, у которых они в естественном виде находятся в ядре; это позволит имитировать те приемы, которые нашла эволюция, чтобы заставить их функционировать. Однако, некоторые из этих генов никогда и ни у одного вида не встречались в ядре, поэтому, возможно, это не позволит целиком решить данную проблему (хотя может и позволить, поскольку, по сравнению с эволюцией, нам проще применять решение, существующее для одного гена, к другим генам). Существуют два основных альтернативных подхода: модифицирование генов с помощью последовательностей, которые называются "интеины" (см. ди Грей 2000), и использование протеинов, не выкачивающих протоны.

Ведущие исследователи: как минимум с десяток лабораторий ведут в настоящее время исследования, связанные с этой проблемой. Большинство из них упоминаются в моей статье (ди Грей 2000). Работа продвигается удовлетворительным образом, хотя и при весьма ограниченном финансировании. Реализация идеи аллотипной экспрессии в качестве терапии для человека рассчитана на длительный срок (может потребоваться от 5 до 10 лет для воплощения ее в мышах), и такие проекты обычно не встречают поддержки у традиционных спонсоров. За последнее время, после начального успеха, о котором я говорил выше, ситуация фактически ухудшилась, поскольку если раньше можно было утверждать, что аллотипная экспрессия относится к фундаментальной науке (выявление причин, вследствие которых протеины плохо кодируются в ядре), то теперь она относится "только" к технологии. В этой области накоплены огромные специальный познания, для реактивации которых нужно только адекватное финансирование.

Уровень финансирования и приоритеты: первостепенная задача - заставить все 13 протеинов функционировать в клеточной культуре. Существуют три основных подхода, которые в настоящее время представляются осуществимыми (см. "Очередные шаги" выше). Каждый из этих подходов изучается как минимум в одной лаборатории, однако, для каждого из них существует несколько разновидностей, и было бы предпочтительным, если бы ими занимались другие лаборатории. Поэтому реалистичная оценка - 8-12 заявок, строго соответствующих условиям для получения финансирования. По каждой из таких заявок один-два штатных исследователя утверждались бы на пятилетний срок с целью добиться функционирования в клеточной культуре всех или некоторых из 13 протеинов. В любом случае, реализация этого успеха в живой мыши потребовала бы еще одного пятилетнего срока при таком же уровне финансирования. Общие затраты для ИБГ составили бы примерно $5-$7 млн. в год.

Основные вехи: в последнее время усовершенствовалось манипулирование митохондриальной ДНК, поэтому в ближайшем будущем появится возможность осуществлять мутации в отдельных митохондриальных генах, не затрагивая остальных. Это существенно облегчит работу с каждым из 13 изолированных генов. Первой вехой будет нормальное функционирование каждого гена в клетках, в которых этот ген - единственный, чья митохондриальная копия является мутантной. Для некоторых генов этого будет добиться легче, чем для других, и мы не знаем, какой метод окажется наиболее успешным. Поэтому достижение новых качественных успехов будет определяться в каждом случае отдельно, в зависимости от принятого подхода. После обеспечения нормального функционирования конкретного гена, важным очередным шагом будет заставить несколько генов работать в той же клетке; это опять же может быть связано с непредвиденными проблемами, однако весьма вероятно, что, по сравнению с изначальной проблемой единичного гена, такие задачи будут легко разрешимы. Главной задачей на пятилетний срок будет обеспечение функционирования всех 13 генов в одной и той же клетке. Это явно предполагает взаимодействие различных исследовательских групп, что отразится в конкурсе заявок, а также в организации регулярных встреч и взаимных визитов исследователей. Некоторые группы будут готовы перейти к экспериментам на мышах еще до истечения пятилетнего срока, и будет необходимо создать им для этого все условия (такие как значительное дополнительное финансирование, предусмотренное в разделе А). В течение этой фазы критерии успеха будут аналогичными: обеспечение функционирования одного или двух генов в живой мыши будет более простой задачей, чем обеспечение функционирования всех 13 генов.

b) Повышение катаболической способности лизосом за счет отсутствующих в млекопитающих гидролитических энзимов, что позволит устранить нерасщепляемые агрегации

Основание: с возрастом в клетках накапливаются нерасщепляемые агрегации, что происходит в специальных органеллах, называемых лизосомами. У недолговечных видов этот процесс протекает быстрее, что позволяет предположить, что этот фактор способствует старению; известно также, что это является причиной некоторых тяжелых заболеваний, связанных со старением, таких как деменция и атеросклероз. Это происходит из-за естественной дегенерации клеток или поглощения разнообразных крупных молекул. Такие молекулы приходится расщеплять, и хотя клетка обладает для этого самым совершенным механизмом, она неспособна расщепить все. Лизосома - крайнее средство деструктурирования: она представляет собой сильно окисленную ячейку, содержащую многие мощные энзимы. Все нерасщепляемые агрегации просто остаются в лизосоме, где они не могут нанести большого вреда, в то время как если бы они выталкивались вовне, они оказывали бы более токсичное действие. К сожалению, некоторый вред все-таки наносится, если шлаков становится слишком много. Поэтому мы должны улучшить универсальность лизосомы за счет внедрения энзимов, способных разлагать наиболее распространенные агрегации из числа тех, которые невозможно расщепить на сегодняшний день. Такие энзимы существуют в микроорганизмах почвы, что было обосновано теоретически - поскольку в противном случае нерасщепляемые субстанции накапливались бы в почве - и экспериментально (ди Грей 2002). Задача сводится к тому, чтобы выявить их и перенести в клетки млекопитающих.

Источник: впервые было предложено в качестве антивозрастной терапии ди Греем в 1999 (ди Грей 2002). Обычно называется "совершенствованием лизосом". Сама идея биотехнологического использования микроорганизмов почвы для деструктурирования устойчивых молекул появилась значительно раньше и широко используется.

Статус: подтверждена правомерность концепции (ди Грей 2002). Собрана группа экспертов во всех областях, связанных с применением этой схемы к лечению атеросклероза. Атеросклероз был избран в качестве первой мишени ввиду того, что, по сравнению с другими поражениями, существует консенсус относительно лизосомных агрегаций как причины атеросклероза. Тем не менее, проект по-прежнему имеет долгосрочный характер, неприемлемый для традиционных спонсоров, ввиду чего до сих пор отсутствует необходимое финансирование. При достаточном финансировании, круг исследования будет расширен от атеросклероза к нейродегенерации, дегенерации роговицы и аккумуляции липофусцина при одновременном осуществлении исследований по всем этим направлениям.

Очередные шаги: данный проект подразделяется на следующие фазы:
1. Выделение микроорганизмов, способных расщеплять заданные субстанции.
2. Выделение генов, которые кодируют энзимы, выполняющие эту функцию.
3. Создание разновидностей этих генов, ориентированных на лизосомы; испытание их токсичности и эффективности в клеточной культуре.
4. Испытание токсичности в живых мышах.

Первый шаг является относительно простым и дешевым: подвергнуть необработанный экстракт грунта воздействию заданной субстанции в отсутствие какого-либо постороннего материала, способствующего росту. В результате, те организмы, которые образуют колонии, суть те, которые способны специфически расщеплять заданную субстанцию (извлекая из нее тем самым энергию). Шаги со второго по четвертый являются более дорогостоящими и трудоемкими, но не специфичными для данного проекта, поскольку в этом отношении существуют хорошо апробированные методики.

Ведущие исследователи: они подразделяются на несколько категорий. В течение всего проекта будут требоваться специалисты по изолированию штаммов, способных расщеплять агрегации и выводить заданные субстанции из тканей. Специалисты по идентификации продуктов распада в заданных субстанциях будут играть центральную роль при определении способов деструктурирования, что поможет выявлять нужные гены. Специалисты по направленному воздействию на лизосомы, а также те, кто связан с внедрением генов в клетки мышей, проверкой их токсичности и эффективности, потребуются на более поздней стадии, скорее всего - спустя 3 года. Существует много прекрасных ученых во всех этих областях, хотя никто из них специально не занимается этой задачей.

Уровень финансирования и приоритеты: при объявления конкурса заявок будет дан список агрегаций, связанных с возрастными изменениями; расщепление таких агрегаций будет финансировать ИБГ. Я ожидаю, что ИБГ получит от 8 до 12 требуемых заявок, объектом исследований которых будет атеросклероз и нейродегенерация, при минимум по одной заявке на исследования дегенерации роговицы и аккумуляции липофусцина. Каждая из заявок будет рассчитана в типичном случае на пятилетний срок исходя из 4 штатных исследователей, однако в течение первых 2 лет объем работ будет эквивалентен работе 2 исследователей при полной занятости. Типичными применениями будут совместные межлабораторные проекты с участием лабораторий, обладающими опытом в специфических областях возрастной патологии и биокоррекции. Опыт направленного воздействия на лизосомы будет востребован на 3-й год исследований. Специалисты в области биокоррекции и направленного воздействия на лизосомы будут сотрудничать с несколькими исследовательскими группами, которые будут заниматься специфическими патологиями, однако специфика конкретных энзимов (в том, что касается их выделения и инженерии) ограничит объем дублируемых исследований. Тем не менее, как и в случае аллотипной экспрессии, ИБГ будет активно стремиться к укреплению взаимодействия и диалога между участниками тех проектов, которые изначально имели изолированный характер. Общие затраты для ИБГ будут составлять от $2 до $4 млн. в год в течение первых двух лет и от $5 до $10 млн. в год в последующие годы, возможно, до $15 млн. в год на последних стадиях, при изучении показателей токсичности и эффективности в мышах и объединении различных выделенных энзимов в одной особи.

Вехи: они определяются подразделением проекта на 4 стадии, описанные выше. Выделение микроорганизмов, обладающих деструктурирующей способностью, должно быть достигнуто быстро: для каждой заданной субстанции, целью будет выделение десятка штаммов в широком спектре свойств, поскольку некоторые из них будут забракованы на последующих стадиях (например, окажутся токсичными). Это должно быть достигнуто в пределах 1 года. Выделение специфических генов в каждом из штаммов займет еще один год. Существует несколько механизмов направленного воздействия на лизосомы, и выбор может определяться соответствующим энзимом. Вполне возможно, что инженерия подходящих генов и их тестирование на внедрение в лизосомы займет еще один год, в течение которого будут даны начальные оценки токсичности. Испытания эффективности и перенос в живые особи займет от одного до трех лет.

c) Полное устранение способности к удлинению теломер, компенсируемой аутотрансплантацией стволовых клеток, что позволит предотвращать развитие рака

Основание: В отличие от любого другого аспекта старения, раковые клетки используют естественный отбор, благодаря чему со временем становятся более опасными. Существующие или разрабатываемые противораковые терапии игнорируют это важнейшее свойство, поскольку все они оставляют лазейки, через которые рак ускользает при помощи включения и отключения генов. Включение и отключение генов через спонтанные мутации - довольно обычное явление, поэтому в раковой ткани всегда присутствуют клетки, которые воздействуют на нужные гены, чтобы выработать резистентность к терапии; они выживают, и развитие рака продолжается, поэтому после возможного периода сокращения, рак восстанавливает свою изначальную силу, но уже при полной резистентности к терапии. Один из способов избежать этого - устранить те гены, которые нужны раковым клеткам для деления. Поскольку эти гены невозможно надежно устранить только из раковых клеток, они должны упреждающе устраняться из всех клеток организма. Однако это может повредить остальные, нормальные клетки, которым также нужно делиться - например, клетки кожи и крови. Тем не менее, если избранные гены отвечают за удлинение теломер, рост раковых клеток (которые должны совершить сотни делений, прежде чем станут опасными) будет остановлен, прежде чем рак достигнет патологических пропорций, в то время как все нормальные ткани, вероятно, будут способны функционировать примерно в течение 10 лет. После этого раз в десять лет их можно будет "засевать" модифицированными стволовыми клетками, имеющими теломеры нормальной длины (то есть, способностью к репликации в течение примерно 10 лет), которые будут поддерживать ткань после того, как старые клетки утратят способность делиться. Более того: эти новые клетки можно модифицировать таким образом, чтобы они были резистентными к химиотерапии, что позволит лечить любой вид рака, являющийся следствием мутации нормальных клеток (способных бесконечно сохранять теломеры), более мощной химиотерапией, чем это возможно сегодня.

Источник: впервые предложено в качестве антивозрастной терапии ди Греем в 2000 (ди Грей и др. 2002а, 2003). Известно как "тотальное предотвращение удлинения теломер" (whole-body interdiction of lengthening of telomeres, WILT). Все составные технологии ("подсев" стволовых клеток, удаление генов, создание резистентности к химиотерапии) уже действуют применительно к мышам и некоторые из них - в людях.

Статус: эта терапия является новой идеей и как таковая не апробирована. Тем не менее, логические доводы в пользу ее потенциальной эффективности - и относительной неэффективности всего остального - представляются вполне убедительными. Этот вопрос был подробно изучен на встрече за круглым столом в Кембридже в 2002 году, когда ведущие в мире специалисты во всех соответствующих областях дали подробный анализ реалистичности данной терапии в пределах 10-20 лет применительно к людям (соответственно, от 7 до 10 лет в мышах). Участники конференции являются соавторами данной работы (ди Грей и др. 2004).

Очередные шаги: в отличие от аллотипной экспрессии и совершенствования лизосом, в своей начальной стадии этот проект будет представлен несколькими более или менее независимыми направлениями, причем прогресс в одних направлениях не будет напрямую связан с прогрессом в других. К ним относятся следующие (см. детальное описание в работе ди Грея и др. 2004):

- выявление генов контролирующих механизм ALT (альтернативное удлинение теломер);
- улучшение повторной дифференциации стволовых клеток взрослых особей в клетки различных тканей;
- развитие удлинения теломер в клетках в удаленными генами, экспрессирующими теломеразу;
- улучшение техники удаления эндогенных стволовых клеток с высвобождением места для модифицированных клеток;
- разработка процедуры надежной селекции клеток, в которых удалены гены, экспрессирующие теломеразу и контролирующие механизм ALT, но которые не обладают другими, непредусмотренными генетическими альтерациями;
- улучшение направленного воздействия на гены (подавление экспрессии эндогенных генов) в живой мыши; - улучшение долговечности трансплантатов костного мозга;
- совершенствование подсева стволовых клеток кишечника;
- совершенствование регенерации кожи из стволовых клеток.

Ведущие исследователи: в каждой из соответствующих областей существует несколько групп, обладающих необходимым опытом; большинство таких групп уже занимаются проблемой связи между сохранением теломер и раком. Поэтому возможно, что не все аспекты проекта будут удовлетворять критериям финансирования ИБГ, которые заключаются в недостаточности поступлений от существующих спонсоров. Основными компонентами WILT, явно предполагающими финансирование со стороны ИБГ, являются:

1) выделение генов, контролирующих механизм ALT;
2) улучшение направленного воздействия на гены с помощью олигонуклеотидов в живых мышах;
3) к этому списку может быть добавлено совершенствование подсева стволовых клеток кишечника

и другие исследования, не заручившиеся адекватным финансированием из других источников.

Уровень финансирования и приоритеты: конкурс заявок будет охватывать все перечисленные аспекты WILT, а не только те три области, которые больше других нуждаются в финансировании. Это будет сделано по двум причинам: во-первых, некоторые другие направления могут потребовать более целенаправленного финансирования, чем это можно представить сегодня; во-вторых, существует очевидная потребность в координации между всеми направлениями проекта, независимо от степени финансирования этих направлений из средств ИБГ. Поэтому средства могут выделяться на одновременное использование нескольких видов терапии (например, пересадка костного мозга и подсев стволовых клеток кишечника или регенерация кожи в мышах с отсутствующей теломеразой). Следовательно, общий уровень финансирования зависит того, какие именно заявки будут получены институтом. Разброс составит от $2 млн. до $10 млн. в год, однако более точную оценку дать невозможно.

Вехи: в отличие от большинства проектов, обсуждаемых в этом документе, прогресс большинства областей WILT будет инкрементным. За исключением выделения генов, контролирующих механизм ALT, все составляющие технологии уже существуют; необходимо лишь совершенствовать их в отношении эффективности и безопасности для последующего объединения. Поэтому вехами будут количественные улучшения. Цель на десятилетний срок - мышь, в которой рак не развивается даже в отсутствие терапии, хорошо действующей в мышах, но недостаточно хорошо в людях (например, анти-ангиогенезис), которая обладает достаточно короткими теломерами, чтобы в раннем зрелом возрасте возникала угроза тканям с активной пролиферацией клеток, и эффективно защищена от этой проблемы за счет подсева стволовых клеток. Технология подсева может быть разработана в мышах с отсутствующей теломеразой, которые являются моделью WILT с некоторыми недостатками (такими как сохранение ALT), однако обнаруживают патологию тканей с активной пролиферацией клеток; цель - постепенное увеличение возраста, в котором проявляется такая патология. По контрасту, повышение эффективности направленного воздействия на гены может разрабатываться одинаково эффективно как на нормальных мышах, так и на мышах с отсутствующей теломеразой. Цели должны устанавливаться реалистично, но достаточно амбициозно, например - прогресс в отношении мер, подобных данным, со скоростью, на порядок превышающей предшествующую скорость прогресса. Это позволит полностью воплотить WILT в мышах в пределах 10 лет.

d) Удаление/уничтожение нежелательных, токсичных клеток

Основание: клетки различного типа иногда перерождаются в организме, переходя в состояние, называемое "старением"; такое состояние похоже на то, что происходит в клеточной культуре после большого числа делений (хотя может отличаться от того, как это происходит в нормальных условиях в организме). По сравнению с нормальными клетками, такие клетки отличаются экспрессией иного набора генов. Некоторые из протеинов, которые чрезмерно экспрессируются в стареющих клетках, секретируются из клеток и становятся сигналами роста для других клеток. Таким образом, возможно, что стареющие клетки - неспособные делиться сами - помогают делиться соседним клеткам, включая предраковые клетки. Некоторые секретируемые химикаты могут быть токсичными и в других отношениях. Поэтому потенциально имеет смысл уничтожать такие клетки.

Заметим, что та же стратегия, возможно, будет эффективна для устранения висцерального жира (жировых клеток в брюшной полости): как показали исследования, висцеральный жир является основной причиной резистентности к инсулину, что ведет к диабету II типа.

Источник: впервые предложено в качестве антивозрастной терапии Кампизи (Campisi) в 1995 году (ди Грей и др. 2002а).

Статус: продолжаются исследования в лаборатории доктора Кампизи, однако при совершенно неадекватном уровне финансирования. Существует 2 потенциальных подхода: внедрять в клетки стимулируемые "гены самоубийства", которые активируются при старении клеток, или посылать приказы самоликвидации через маркеры, находящиеся на поверхности клеток и диагностирующие превращение нормальных клеток в стареющие. Первый подход является технически более простым в мышах, но во многих отношениях менее перспективным: например, клетки, в которых отключается ген самоубийства, невозможно уничтожить вообще. Второй метод, являясь более всесторонним, будет адекватным только в том случае, если на поверхность клетки удастся нанести подходящие маркеры, обладающие необходимой селективностью (то есть такие, которые позволят уничтожать большинство нежелательных клеток и при этом не будут существенно затрагивать полезные клетки).

Очередные шаги: выполнить работу! Этот проект намного проще любых других, описанных выше; все, что нужно - это необходимые средства в распоряжении квалифицированных исследователей. ИБГ не будет играть особой роли, например, в обеспечении взаимодействия между различными исследовательскими группами.

Ведущие исследователи: доктор Кампизи - единственный исследователь, работающий в данном направлении, причем ее усилия сосредоточены на подходе, использующем самоубийство клеток. В последние годы этот метод применялся во многих других исследованиях, так что целый ряд лабораторий занимают одинаково прочные позиции и могут быть подключены к данному проекту. Второй подход был бы релевантен для иммунологии, поскольку клетки иммунной системы убивают посторонние клетки (включая раковые) именно таким образом.

Уровень финансирования и приоритеты: в каждом из двух вышеупомянутых направлений должны работать минимум от 4 до 8 штатных исследователей, причем каждое направление должно изучаться минимум в двух лабораториях. Общие расходы для ИБГ составят от $2 млн. до $3 млн. в год.

Вехи: это достаточно краткосрочный проект, чтобы нужно было говорить о промежуточных целях. При адекватном финансировании, на его осуществление должно уйти от 2 до 3 лет. Тем не менее, мы не знаем, будут ли некоторые типы стареющих клеток труднее поддаваться уничтожению, чем другие; это станет понятно по результатам исследований первых двух лет.

e) Разрушение внеклеточных межбелковых перекрестных связей, что позволит восстановить биофизические характеристики матрицы (в первую очередь эластичность)

Основание: старые внеклеточные протеины (например, в хрящах) постепенно и во все большей мере соединяются друг с другом за счет химических реакций, в основном, с участием сахара. Эти связи проявляются в потере эластичности, что во многих случаях (например, в артериальной стенке) приводит к ухудшению функциональности. Более того, это процесс протекает быстрее у недолговечных видов, что позволяет предположить, что он способствует старению. Ввиду того что данные протеины выполняют только механическую и структурную функцию - в отличие от энзимов, являющихся катализаторами химических реакций, - эту функцию можно было бы восстановить, разрушив межбелковые связи, даже если бы при этом возникали не присущие изначальным протеинам боковые цепочки.

Источник: ингибирование образования поперечных связей в качестве антивозрастной терапии было впервые предложено Черами и Моннье (Cerami and Monnier) в 1981 году (когда разрушение существующие перекрестных связей считалось невозможным). Первое описание разрушения перекрестных связей выполнено Черами и коллегами в 1996 году.

Статус: соединение, описанное в 1996 году, было несколько улучшено и называется ALT-711. Патент на ALT-711 принадлежит небольшой биотехнической компании Алтеон. Это соединение показало хорошую эффективность в живых особях некоторых видов и прошло первую и вторую стадии клинических испытаний. Однако, химическая формула соединения очень проста, поэтому крупные фармакологические компании отказались инвестировать в третью стадию испытаний, опасаясь того, что какой-нибудь сообразительный химик сможет получить аналогичное соединение, не охваченное патентом на ALT-711. С тех пор появилось только одно сообщение о разрушителе межбелковых связей (в описании индийского патента), но при отсутствии подтверждающих публикаций. Известно также, что ALT-711 разрушает только одну группу связей.

Очередные шаги: важнейшими являются два направления. Первое - это дальнейшая работа с ALT-711: химическая природа межбелковых связей, разрушаемых ALT-711, до сих пор является предметом споров, поскольку они легко разрушаются при кислотной обработке, используемой для извлечения соответствующих химикатов из хрящей. Необходимы более мягкие средства, что позволит идентифицировать широкий диапазон перекрестных связей, накапливающихся in vivo, и разработать для них соответствующие соединения, способные разрушать те связи, с которыми не справляется ALT-711. Второе: считается, что некоторые перекрестные связи слишком прочны, чтобы поддаваться химическому расщеплению; их придется расщеплять с помощью энзимов, которые могли бы связывать необходимую энергию с экзергоническим процессом, таким как гидролиз АТФ. Пока еще мы не знаем, существуют ли такие исключительно прочные перекрестные связи в достаточном количестве, чтобы их необходимо было разрушать.

Ведущие исследователи: область внеклеточных межбелковых перекрестных связей изучается примерно десятком исследовательских групп мирового класса. К сожалению, почти вся нынешняя работа сосредоточена на ингибировании образования новых перекрестных связей вместо разрушения существующих. Это происходит, в основном, потому, что химия ингибирования проще: разрушавший перекрестные связи предшественник ALT-711 был обнаружен случайно. Однако все эти лаборатории обладают опытом для развития науки перекрестных связей; все, что нужно для этого - это изменение приоритетов, чего можно добиться за счет целенаправленного финансирования.

Уровень финансирования и приоритеты: следует продолжать работу в обоих направлениях, указанных выше; не следует также оставлять на произвол судьбы ALT-711 из-за недостатка финансирования вследствие ситуации с патентом. Изучение усовершенствованных методов экстракции достойно внимания 3-5 лабораторий при 2-4 штатных исследователях в каждой; поэтому общий расход для ИБГ составит примерно $2-$3 млн. в год. Работа над энзимным расщеплением многочисленных, известных и высоко устойчивых перекрестных связей потенциально является продолжением совершенствования лизосом, однако подход, описанный выше для совершенствования лизосом, вряд ли перспективен, поскольку перекрестные связи составляют незначительную часть накапливающегося материала и не богаты энергией. Поэтому данный проект является исследовательским проектом более общего плана, чем другие проекты, описанные в настоящем документе, а любое финансирование со стороны ИБГ должно предусматривать более конкретный исследовательский план, чем те, которые известны мне. Следовательно, невозможно дать оценку необходимого финансирования, потребность в котором может даже отсутствовать - по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Поддержка ALT-711 может включать поддержку третьей стадии клинических исследований, однако более эффективным может оказаться финансирование расширенных испытаний второй клинической стадии, что позволит определить весь спектр биомедицинской эффективности. На это потребуется от $5 до $15 млн. в год.

Вехи: улучшение методов экстракции, позволяющее более точно идентифицировать перекрестные связи, - инкрементный процесс, так что наиболее адекватные промежуточные цели будут связаны с прогрессом в идентификации новых типов перекрестных связей или в повышении точности определения их количества в тканях. (Последнее является основным условием для определения эффективности любого соединения, разрушающего перекрестные связи.) Такие цели следует ставить в расчете на один год, причем каждая новая планка должна быть вдвое выше предыдущей и, в случае успеха, должна сопровождаться крупным дополнительным финансированием.