Новый эксперимент показал, что растения могут стать мини-фабриками противораковых препаратов для космических миссий и удаленных регионов Земли
Космонавтам будущих экспедиций на Марс, возможно, не придется брать с собой огромные запасы лекарств.
Американские ученые показали, что растения способны производить терапевтические вирусные частицы, после чего их можно аккуратно извлекать из листьев, не уничтожая само растение. Более того, некоторые условия, имитирующие космос, неожиданно увеличивали выход полезного вещества. Это открывает путь к созданию автономных биофармацевтических систем там, где обычное производство лекарств невозможно.
 |
| Исследователи показали, что растения могут стать многоразовыми биофабриками лекарств для длительных космических миссий. |
Главная проблема Марса — не кислород, а лекарства
Когда говорят о дальних космических миссиях, чаще вспоминают радиацию, нехватку воды или психологическую изоляцию экипажа.
Но существует еще одна проблема, о которой говорят значительно реже: лекарства имеют срок годности.
Полет к Марсу может занимать около 200 дней только в одну сторону. Многие препараты теряют стабильность даже на Земле, а в условиях космоса этот процесс может ускоряться. Исследователи отмечают, что значительная часть лекарств, используемых на Международной космической станции, теоретически может не пережить полноценную трехлетнюю марсианскую миссию.
Особенно уязвимы современные биологические препараты — антитела, вакцины и другие сложные молекулы. Именно поэтому ученые все чаще говорят не о запасах лекарств, а об их производстве прямо на борту космического корабля.
Почему выбор пал именно на растения
На первый взгляд идея выглядит необычно.
Почему не использовать бактерии или клеточные культуры?
Причина в ресурсах.
Для выращивания бактерий и клеток животных нужны стерильные биореакторы, сложное оборудование и постоянный контроль. Растения намного менее требовательны. Их можно доставить в космос в виде семян, они очищают воздух, участвуют в регенерации воды и одновременно способны работать как биофабрики.
Это направление получило название молекулярное земледелие.
Суть проста: растение выращивает не только листья и стебли, но и нужные человеку биологические молекулы.
Растительный вирус, который помогает бороться с раком
В центре исследования оказался вирус мозаики вигны — Cowpea Mosaic Virus (CPMV).
Для человека он безопасен.
Он не способен заражать человеческие клетки и размножаться в организме людей. Однако иммунная система воспринимает его как серьезный сигнал тревоги.
Именно здесь находится один из самых интересных моментов исследования.
CPMV не убивает опухоль напрямую.
Он работает как мощный стимулятор иммунитета. Попадая в организм, вирусные частицы активируют врожденные механизмы иммунной защиты и заставляют иммунные клетки активнее распознавать и атаковать опухоль.
Ранее подобный подход уже демонстрировал эффективность в экспериментах на мышах и даже у собак с онкологическими заболеваниями.
Фактически ученые рассматривают CPMV как платформу для противораковых вакцин и иммунотерапии.
Момент, который меняет представление о производстве лекарств
Обычно получение подобных веществ из растений выглядит довольно грубо.
Растение выращивают.
Затем его срезают.
Листья измельчают.
После этого начинается длительный процесс очистки от растительных белков, клеточных фрагментов, пигментов и других примесей.
На очистку уходит огромное количество времени, оборудования и ресурсов.
Авторы новой работы решили обойти эту проблему.
Вместо измельчения они использовали межклеточное пространство листа — так называемый апопласт.
Если упростить, клетки растения можно представить как дома, а апопласт — как улицы между ними.
Оказывается, лекарственное вещество можно буквально «собирать» с растения многократно, не уничтожая его.
Ученые погружали листья в раствор и создавали вакуум. После снятия вакуума жидкость проникала в эти межклеточные пространства. Затем ее извлекали обратно с помощью центрифугирования.
Вместе с раствором выходили и вирусные частицы.
Само растение при этом оставалось живым.
Именно здесь возникает главный инсайт исследования.
Почему новая технология оказалась настолько чистой
Когда листья измельчают, в раствор попадает практически все содержимое клетки.
Поэтому очистка превращается в отдельную технологическую задачу.
В новом подходе большая часть клеток остается неповрежденной.
В результате полученный раствор содержал примерно в 200 раз меньше растительных примесей по сравнению с традиционной экстракцией.
После дополнительной фильтрации исследователи получили продукт с чистотой более 99%.
Для биофармацевтического производства это чрезвычайно важный показатель.
Фактически ученые смогли существенно сократить одну из самых дорогих и сложных стадий производства.
Космический стресс неожиданно оказался полезным
Еще более интересными оказались результаты моделирования космической среды.
Авторы воспроизводили несколько факторов, характерных для длительных полетов:
- микрогравитацию;
- окислительный стресс, связанный с воздействием радиации;
- температурные колебания.
Логично было ожидать ухудшения результатов.
Однако некоторые эффекты оказались противоположными.
Под воздействием условий, имитирующих микрогравитацию, растения становились более компактными и занимали меньше места.
Для космического корабля это серьезное преимущество.
Но главное открытие заключалось в другом.
Длительный окислительный стресс и повышенная температура в ряде случаев приводили к увеличению накопления целевых вирусных частиц.
То есть часть факторов космической среды потенциально может не мешать производству лекарств, а помогать ему.
Сколько лекарства удалось получить
Пока технология находится на ранней стадии.
Исследователи получили около 0,49 миллиграмма очищенного продукта со 100 граммов листьев.
На первый взгляд цифра выглядит скромной.
Однако важно понимать контекст.
Речь идет о производстве без уничтожения растения, с минимальным количеством оборудования и в условиях, где альтернатив может не существоствовать вовсе.
Кроме того, ученые подчеркивают, что одно и то же растение можно использовать многократно, а сам процесс еще далек от окончательной оптимизации.
Зачем это нужно не только космонавтам
Самое интересное последствие работы может проявиться вовсе не в космосе.
Такие технологии потенциально полезны в местах, где отсутствуют полноценные фармацевтические производства.
Например:
- удаленные регионы;
- полярные станции;
- военные базы;
- гуманитарные миссии;
- районы стихийных бедствий.
Если производство удастся масштабировать, растения смогут стать локальными источниками некоторых биологических препаратов там, где доставка лекарств затруднена или слишком дорога.
От растений к космической фармацевтике
Сегодня идея выращивать лекарства в теплице космического корабля звучит как научная фантастика.
Но еще недавно такой же фантастикой казались выращивание салата на орбите или печать деталей на 3D-принтере прямо в космосе.
Новое исследование показывает, что растения могут выполнять гораздо больше функций, чем просто обеспечивать экипаж кислородом и свежей зеленью.
Они постепенно превращаются в универсальную биологическую платформу — систему, которая одновременно поддерживает жизнь, перерабатывает ресурсы и помогает производить лекарства.
А это уже не ботаника.
Это первые элементы будущей космической фармацевтики.
Данная публикация предназначена для специалистов здравоохранения и участников фармрынка. Аналитические выводы редакции носят информационный характер и не являются призывом к самолечению или заменой очной консультации врача. При работе с лекарственными препаратами необходимо руководствоваться официальной инструкцией и мнением профильного специалиста. Полный текст дисклеймера.