Biotechnology in dermatology: present and future
- Authors: Vlasova A., Martynov A.A.1, Martynova M.A2
-
Affiliations:
- State Research Center of Dermatovenereology and Cosmetology
- Tel Aviv University Tel Aviv
- Section: REVIEWS
- Submitted: 26.02.2024
- Accepted: 12.07.2024
- Published: 05.08.2024
- URL: https://vestnikdv.ru/jour/article/view/16766
- DOI: https://doi.org/10.25208/vdv16766
- ID: 16766
Cite item
Full Text
Abstract
One of the fastest disciplinary measures 21 is biotechnology, which in the last decade has become a powerful tool and assistant in the diagnosis, prognosis and elimination of various diseases. The article is devoted to a description of the following sections of medical biotechnologies used in dermatology, such as gene therapy, molecular diagnostics, pharmacogenomics and genetic (tissue) engineering. The article creates the potential for the use of biotechnology in dermatology, which remains the main hope of dermatology patients and dermatologists.
Full Text
Актуальность:
Одним из самых стремительно развивающихся научных направлений в настоящее время являются биотехнологии. Данная наука представляет из себя мультидисциплинарное направление, развивающее технологии применения генетических структур, биомолекул и живых организмов для решения задач в таких областях, как сельское хозяйство, энергетика, медицина, химические производства и других. Термин «биотехнология» был введен венгерским инженером Карлом Эреки при описании процесса крупномасштабного производства свинины с использованием в качестве корма сахарной свеклы (в книге «Biotechnologie», Берлин, 1919 г.). По определению Эреки, биотехнология – это «все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты». На современном этапе развития научной мысли медицина и биотехнология стали чрезвычайно часто пересекаться между собой, стремясь к предотвращению, диагностированию и лечению заболеваний на самых ранних этапах. Ключевыми направлениями биотехнологии, применяемыми в медицине, являются молекулярная диагностика, генная инженерия (которую принято подразделять на такие подразделы, как генная терапия, разработка вирусных векторов, процессы клонирования/гибридизации и др.), фармакогеномика, биоинформатика, регенеративная медицина (включающая в себя тканевую инженерию, клеточную терапию и др.), биофармакология (создание вакцин, рекомбинантного инсулина/гормонов, моноклонльных антител, заместительных ферментных терапий и др.), персонализированная медицина, наномедицина Рис.1. [1].
Рис.1.Медицинские биотехнологии
Обсуждение
Генная терапия
Генной терапией принято называть дисциплину, в состав которой входят различные медицинские и генноинженерные подходы, нацеленные на лечение расстройств или болезней при помощи переноса сконструированного генетического материала в клетки человека.
Подходы генетической коррекции включают в себя восстановление или замену дефектных генов, усиление экспрессии нормальных генов, ингибирование мутантных и чужеродных генов, а также восстановление экспрессии ингибированных.
На сегодняшний день уделяется особое внимание методикам редактирования генома с использованием технологий, основанных на применении нуклеаз, направляемых короткими РНК (CRISPR/Cas9 и сходные системы геномного редактирования). Вместе с тем на данный момент не существует одобренной методики терапии, основанной на геномном редактировании в дерматовенерологии, в связи с такими опасениями, как нетаргетные модификации, возникновение аутоиммунных заболеваний, отсутствие эффективных систем доставки, а также этические соображения.
Генную терапию принято разделять на две группы по методу переноса генов в клетки: с помощью вирусных векторов и векторов невирусной природы.
Вирусная система переноса генов.
Наиболее изученным и распространенным способом введения генетического материала в клетки является доставка при помощи конструкций на основе вирусов. При более детальном рассмотрении вирусных векторов и их применения в медицине, стоит отметить вклад некоторых вирусных векторов на основе таких вирусов, как ретровирусы, аденовирусы, герпесвирусы и аденоассоциированные вирусы. [2]. Рис.2 Вирусная система переноса генов может происходить двумя способами: in vivo и ex vivo Рис.3. [3].
Рис.2 Перенос генов in vivo и ex vivo (Bulcha JT, Wang Y, Ma H, Tai PWL, Gao G. Viral vector platforms within the gene therapy landscape. Signal Transduct Target Ther. 2021 Feb 8;6(1):53.)
Рис.3 Механизм внедрения аденовирусного вектора в клетку с доставкой функционирующего терапевтического гена. (Alnasser SM. Review on mechanistic strategy of gene therapy in the treatment of disease. Gene. 2021 Feb 15;769:145246)
На сегодняшний день существует лишь несколько одобренных генных терапий при лечении кожных заболеваний:
Beremagene Geperpavec (Vyjuvek) при буллезном дистрофическом эпидермолизе
В 2022 году была проведена финальная стадия испытаний, нацеленная на изучение использования геля Beremagene Geperpavec [4]. Данный гель содержит модифицированный вирус простого герпеса 1 типа, которой был спроектирован таким образом, что распространение вируса ограничивается на необходимых типах клеток, а именно на эпидермальных кератиноцитах и дермальных фибробластах, помимо этого, преимуществом данного вируса является его свойство не интегрировать свой вирусный геном в геном хозяина (Рис.4.) Модифицированный вирус простого герпеса 1 типа способен доставлять в клетки больных RDEB исправную копию гена COL7A1, кодирующего коллаген – 7 (COL7). COL7 является основным компонентом заякоренных фибрилл дермо-эпидермальной адгезии, способствующих прикреплению эпидермиса к дерме, и мутация/мутации которого приводят к дистрофическому буллезному эпидермолизу. Данное исследование было проведено с участием 31 пациента, по результатам которого процент первичных ран с полным заживлением через 6 месяцев составил 67% у тех, кто прошел лечение при помощи Beremagene Geperpavec. Весной 2023 года Beremagene Geperpavec получил первое одобрение в США для лечения ран у пациентов в возрасте 6+ месяцев с буллезным дистрофическим эпидермолизом с мутацией(ами) в гене COL7A1 [5].
Рис.4. Механизм действия Beremagene Geperpavec( Krystal biotech. New Data on B-VEC and Dystrophic Epidermolysis Bullosa (DEB) Presented at the DEBRA International Conference. 2021.)
Talimogene laherparepvec (IMLYGIC)
Другой одобренной генной терапией является IMLYGIC, назначаемой при нерезектабельной метастатической меланоме стадии IIIB/C–IVM1a. Talimogene laherparepvec представляет из себя внутриопухолевый препарат генетически-модифицированного онколитического вируса простого герпеса первого типа (HSV-1), в геном которого встроен ген гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующнго фактора (GM-CSF), стимулирующего местные и системные противоопухолевые иммунные реакции, что в конечном итоге приводит к лизису опухолевых клеток (Рис.5). Принято назначать в комбинации с такими биологическими препаратами, как ипилимумаб и пембролизумаб [7].
Рис.5 Механизм действия Talimogene laherparepvec (Ferrucci PF, Pala L, Conforti F, Cocorocchio E. Talimogene laherparepvec (T‐vec): An intralesional cancer immunotherapy for advanced melanoma. Cancers (Basel). 2021 Mar 18;13(6):1383.).
Невирусная генная терапия
На протяжении последних лет в дерматовенерологии активно разрабатываются инновационные методики доставки различных генетических структур при помощи невирусных наноносителей. Одним из ключевых препятствий в разработке технологий является проницаемость клеточной мембраны, которую пытаются преодолеть при помощи таких физических техник, как ионофорез, сонопорация, внедрение генной пушкой, электропорация, биорастворимые микроиглы, ультразвук магнитофекция и ряд других. Существуют также химические векторы, позволяющие доставлять необходимые молекулы внутрь клеток [11].
Также в последнее время проводится много исследований, в рамках которых разрабатываются способы трансдермальной доставки лекарственных веществ (TDDS), основанные на нанотехнологиях [12]. Примерами носителей, разрабатываемых с целью доставки различных нуклеиновых кислот, являются углеродные нанотрубки [13], липосомы [14–17], [18–20] и пептиды [21]. В одном из последних исследований, проведенном в Сеченовском университете, был продемонстрирован потенциал экзосом мезенхимальных стволовых клеток и регуляторных Т – клеток при лечении таких заболеваний, как псориаз и рассеянный склероз [22]. Несмотря на большие успехи в изучении вирусных векторов, уже применяемых для лечения различных заболеваний кожи, у данного подхода существует ряд минусов, в том числе: онкогенез, иммуногенность, специфичность трансгенной доставки, ограниченная способность упаковки ДНК, сложность производства векторов [8–10].
Молекулярная диагностика
На протяжении многих столетий диагностика кожных заболеваний осуществлялась врачами в первую очередь путем визуального анализа первичных и вторичных морфологических элементов, и для установления точного диагноза всегда не хватало дополнительных диагностических исследований. Молекулярная диагностика является стремительно развивающейся областью лабораторной медицины, ответственной за выявление и изучение в протеоме и геноме биологических маркеров, которые зачастую являются патогенными. Данная область науки позволяет выявлять, классифицировать, прогнозировать и контролировать реакцию организма на различную терапию. Благодаря накопленным знаниям за последние 50 лет в таких дисциплинах, как экспрессия генов и их функционирование, молекулярная диагностика перешла из высокой науки в повседневную клиническую реальность. В частности, в дерматовенерологии стали применять такие диагностические методики, как иммуногистохимия, ПЦР, хромогенная in situ гибридизация (CISH), секвенирование нового поколения, флуоресцентная in situ гибридизация (FISH) и многие другие.
PCR
Более 30 лет назад была изобретена лабораторная техника, позволяющая быстро амплифицировать определенные сегменты ДНК. Данная процедура позволяет определить находится ли определенный сегмент ДНК в некотором образце, благодаря чему становится возможным выявить различные заболевания и наличие мутаций. Оценка результатов ПЦР проводится зачастую путем «ПЦР диагностики в реальном времени». Отличительной чертой данного способа является детекция результата в процессе амплификации Рис.6. PCR широко используется в дерматовенерологии, например, для выявления хламидийной, гонококковой, микоплазменной инфекций, а также сифилиса и генитального герпеса [23–25].
Рис.6.ПЦРвреальномвремени(Shafie MH, Antony Dass M, Ahmad Shaberi HS, Zafarina Z. Screening and confirmation tests for SARS-CoV-2: benefits and drawbacks. Beni Suef Univ J Basic Appl Sci. 2023 Dec 1;12(1):6)
Иммуногистохимия
Другим широко применяемым методом в клинической диагностике является иммуногистохимия (ИГХ). Данная техника играет важную роль в верификации диагноза, а также в прогнозировании дальнейшего поведения болезни, в выборе таргетной терапии, выявлении резистентности и чувствительности опухолевых клеток к химиотерапии. Основной задачей ИГХ является выявление определенных антигенов в клетках и тканях при помощи детекции связи между антигеном и антителом. В большинстве случаев при анализе ИГХ - исследования используется световой микроскоп [27]. Принято разделять ИГХ анализ на два метода: в случае первого подхода принято использовать только первичные антитела (прямой иммуногистохимический метод), а при другом подходе используются также и вторичные антитела (непрямой иммуногистохимический метод) Рис.7. В случае прямого ИГХ метода, первичные антитела конъюгированы с линкерной молекулой, например, с биотином, которые позволяют рекрутировать репортерные молекулы, либо же само антитело напрямую связывается с репортерными молекулами, которые в свою очередь могут быть обнаружены при помощи флюоресцентного или хромогенного исследования. Что касается второго варианта с использованием вторичных антител, принято использовать первичные неконъюгированные антитела против определенного антигена, которые впоследствии присоединяются к вторичным конъгированным/меченым антителам, которые уже будут замечены при флюоресцентной или хромогенной микроскопии [28].
Иммуногистохимия часто применятся для выявления таких заболеваний, как меланома, меланотоцитарный невус, базальноклеточная и плоскоклеточная карцинома, T и B – клеточная лимфома кожи, псориаз и многие другие заболевания [29, 30].
Рис.7.Прямое и непрямое ИГХ (Esposito R. What are the different detection methods for IHC? Enzo Life Sciences; 2019.)
Секвенирование нового поколения
Высокопроизводительные методы секвенирования нуклеиновых кислот, разработанные в последние годы позволяют быстро расшифровывать нуклеотидные последовательности ДНК и РНК, тем самым позволяя изучать полные или таргетные регионы геномов, экзомов и транскриптов любого организма.
Современные методы секвенирования характеризуются высокой производительностью, что позволяет быстро проводить полногеномное секвенировование или анализировать экзом (WES) или выборочные гены. Располагая данными секвенирования возможно производить биоинформатическими методами сравнение геномов, и поиск отличий в последовательностях и мутаций. К сегодняшнему дню в дерматовенерологии возможно идентифицировать мутации, приводящие к таким заболеваниям, как меланома (BRAF,Germline alterations in CDKN2A), T и B клеточная лимфома кожи, ихтиоз, плоскоклеточная карцинома кожи. Данная методика является также вспомогательным средством для выбора оптимальной таргетной терапии [32–34].
Фармакогеномика
Данное научное направление изучает влияние гена/генов на реакцию организма при применении различных препаратов. Ключевой целью работы в данной сфере является полная адаптация назначаемых препаратов/терапий к каждому человеку или группе людей, которой можно добиться при выявлении непереносимости организма различных компонентов и расчете верной дозировки препарата. К настоящему моменту FDA одобрено несколько фармакогеномных биомаркеров биологических препаратов, нацеленных на лечение дерматозов. Проведение тестов на наличие данных биомаркеров перед назначением некоторых препаратов может помочь сократить количество пациентов с возникающими побочными эффектами, а также уменьшить количество летальных исходов. Одним из примеров биомаркеров является BRAF V600, который должен быть обнаружен перед назначением Зелборафа при неоперабельной или метастатической меланоме [35]. Иным примеров является G6PD, уровень которого проверяется в крови перед назначением Дапсона при герпетиформном дерматите (болезнь Дюринга) [36]. Помимо этого, существует биомаркер CYP2C19, экспрессия которого должна быть проверена перед назначением лекарственного препарата «Аброцитиниб» у больных атопическим дерматитом [37]. Другим биомаркером является DPYD, исправную работу которого важно определить перед назначением лекарственного препарата «Фторурацил» у больных с базальноклеточным раком/актиническим кератозом [38].
Биологические (биофармацевтические) препараты
К группе биологических, как правило, относят лекарственные препараты, в состав которых входит одно или несколько активных веществ, изготовленных или полученных из биологического источника (живого организма). Существует несколько классов биопрепаратов, применяемых в дерматовенерологии:
Ингибиторы фактора некроза опухоли (ФНО)
ФНО представляет из себя гомотримерный белок, производимый клетками макрофагов, Т-лимфоцитами и натуральными киллерами. ФНО является одним из ключевых провоспалительных цитокинов в организме человека. Принято считать, что нарушения регуляции ФНО могут приводить к таким заболеваниям, как псориаз, гангренозная пиодермия, саркоидоз, меланома, алопеция, гнойный гидраденит, болезнь Бехчета и др. [39]. На данный момент при выявлении одного из заболеваний, как правило назначают такие лекарственные препараты как «Этанерцепт», «Адалимумаб», «Инфликсимаб», «Голимумаб», «Сертолизумаб пегол». Данные лекарственные препараты имеют свойство связываться с ФНО и блокировать его взаимодействие с ФНО – рецепторами, тем самым ингибируя его активность. «Сертолизумаб пегол» является фрагментом моноклонального антитела; «Адалимумаб», «Инфликсимаб» и «Голимумаб» представляют собой моноклональные антитела; «Этанерцепт» является димерным гибридным белком [40]. Принято считать, что «Этанрецепт» приводит к самой редкой сенсибилизации организма по сравнению с другими препаратами [41].
Интерлейкиновые ингибиторы (Моноклональные анти-IgE антитела)
Интерлейкинами принято называть группу цитокинов, играющую важную роль в дифференцировке, росте и активации клеток при различных воспалительных и иммунных реакциях [42]. К настоящему момоенту на рынке представлены несколько препаратов интерлейкиновых ингибиторов, демонстрирующих положительный эффект при лечении таких заболеваний, как псориатический артрит, атопический дерматит, экзема, бляшечный псориаз, меланома, хроническая идиопатическая крапивница, гнойный гидраденит и другие. Примерами одобренных интерлейкиновых ингибиторов являются такие лекарственные препараты как «Устекинумаб» [43], «Дупилумаб» [44], «Гуселькумаб», «Рисанкизумаб», «Тилдракизумаб» [45], «Бродалумаб», «Иксекизумаб», «Секукинумаб», «Бимекизумаб» [46], «Спесолимаб» [47] и другие. Все упомянутые лекарственные препараты являются моноклональными антителами, связывающимися с различными интерлейкинами (IL-12, IL-23, IL-17A, IL-17F, IL-13, IL-4, IL-36), тем самым ингибируя связь с их рецепторами и каскад последующих реакций.
Подводя итоги, важно отметить не только потенциал биологических препаратов, но и сложности, стоящие перед биофармацевтической индустрией в производстве биологических препаратов. Принято считать ключевыми проблемами при создании биологических препаратов их стоимость производства, морально-этический аспект, технологический и регуляторный барьер в производстве и, конечно же, наличие достаточно большого количества побочных эффектов, которые могут стать ключевым фактором при решении одобрения того или иного препарата. Например, такие лекарственные препараты как «Алефацепт», «Эфализумаб», «Бриакинумаб» и ряд других, были отозваны с большинства мировых рынков в связи с разивтием на фоне их применения большого числа нежелательных эффектов [55].
Вакцины
Одним из ключевых разделов биологической терапии являются вакцины. На сегодняшний день были одобрены три профилактические вакцины: против ВПЧ – Гардасил - 4 , Гардасил - 9, Церварикс. Все три вакцины состоят из рекомбинантных ВПЧ белков, которые образуют вирусоподобные частицы и позволяют организму вырабатывать эндогенные антитела против генотипов, представленных в вакцине, а также создавать иммунную память против вируса [56].
Относительно недавно была также одобрена рекомбинантная вакцина Шингрикс против опоясывающего лишая, вызванного вирусом варицелла-зостер. Первоначальное проникновение вируса приводит к развитию заболевания, известного как ветряная оспа, но данный вирус навсегда остается в сенсорных ганглиях нашего организма и имеет способность реактивироваться, вызывая опоясывающий лишай, в том числе с разитвием тяжелых осложнений со стороны разных систем организма. Данная вакцина нацелена на предотвращение развития вторичного заболевания – опоясывающего лишая. Шингрикс содержит гликопротеин Е вируса ветряной оспы и адъювантную систему AS01B. Гликопротеин Е вируса ветряной оспы (gE) является самым распространенным белком на поверхности вируса, что привело к использованию его в качестве антигена в комбинации с AS01B, который сильно стимулирует гуморальный и CD4+ Т-клеточный иммунитет, способствующие быстрой выработке gE - специфичных антител и CD4+ Т клеток. Применение данной вакцины рекомендовано взрослым в возрасте 50+ лет и взрослым в возрасте 18+ лет, которые подвергаются или будут подвергаться повышенному риску инфицирования в связи с иммунодефицитом или иммуносупрессией, вызванными тем или иным заболеванием/терапией [57].
На данный момент также находятся в разработке новые виды вакцин (мРНК - вакцины), демонстрирующие потенциал в лечении таких смертельно опасных заболеваний, как, например, меланома кожи [58].
Генная (Тканевая) инженерия
На сегодняшний день, распространенным способом лечения для заживления поврежденной кожи при хронических или острых ранах, специфических дерматозах, буллезном эпидермолизе или термических травмах, являются кожные заменители, которые включают в себя аутотрансплантаты, аллотрансплантаты, ксенотрансплантаты и синтетические ткани. Недостатком традиционных методов трансплантации по сравнению с современными синтетическими заменителями кожи (тканеинженерные конструкты кожи) является высокая вероятность иммунного ответа пациента на трансплантат, а также при выполнении пересадки кожи, потенциальным недостатком является ограниченность в размерах лоскутов.
Важно отметить, что разрабатываемые синтетические заменители кожи зачастую не обеспечивают постоянное покрытие и не могут полностью имитировать кожный покров, а скорее являются дополнительным средством к устоявшимся методам лечения, которые повышают вероятность успешного заживления ран. Данные заменители кожи способствуют заживлению благодаря обеспечению ран матриксными элементами, факторами роста и паракринными сигнальными функциями [59].
Технологии изготовления инженерных заменителей кожи, существующие на сегодняшний день, можно разделить на две категории: бескаркасные (нескаффолдные) и каркасные (скаффолдные).
Ключевыми примерами бескаркасных технологий являются камера Трансвелла/Бойдена камера и органотипическая 3D - культура кожи [60]. Преимуществом данных техник является низкая стоимость и высокая производительность, но производимые эквиваленты кожи являются неполными и зачастую чрезмерно толстыми. Упомянутые методики могут быть использованы в основном для производства временных заменителей кожи, а также для проведения таргетных испытаний препаратов, косметики и производства кожных чипов, но важно отметить, что данные эквиваленты кожи не имитируют во многих структурных и функциональных аспектах натуральную кожу [61–63].
Среди перспективных направлений по данному направлению - использование трехмерных скаффолдов при создании кожных заменителей, поскольку трехмерные каркасы могут выполнять роль фундамента, вокруг которого способны формироваться кровеносные сосуды (процесс неоваскуляризации), а также играть роль внеклеточного матрикса, обеспечивая жизнеспособность таких необходимых процессов как: миграция, пролиферация и дифференциация клеток. Традиционными методами формирования скаффолдов является литье из растворителя/вымывание частиц, вспенивание газом, электроспиннинг, сублимационная сушка. 3D-биопринтинг является новейшей технологией изготовления функциональных тканей путем формирования определенных структур из смеси клеток и скаффолдов по заданному 3D-макету [64].
Несмотря на большое количество экспериментов, направленных на создание эквивалентов кожи при помощи 3D-биопринтинга, до сих пор сохраняется ряд проблем с применением данной методики. В частности, при печати больших лоскутов ткани недостаточная эффективность диффузии нутриентов и васкуляризации становятся ключевым препятствием. В этой связи для создания полностью функциональной печатной кожи необходимо добиться внедрения полноценной разветвленной сосудистой системы [65]. К настоящему моменту разработано две методики, позволяющие интегрировать васкулярную систему в напечатанные ткани. Первым способом является внедрение микроканалов в ткани раны для улучшения качества диффузии нутриентов и кислорода [66, 67], второй способ представляет собой добавление ангиогенных факторов роста, стимулирующих васкулиризацию тканей [68].
Другим важным фактором является выбор оптимальных биоматериалов для биопечати. Некоторые используемые в этих целях вещества приводят к нежелательным клеточным взаимодействиям и преждевременной дифференцировке стволовых клеток [69]. На данный момент разрабатываются новые полимеры и гидрогели, которые обладают более схожими характеристиками с внеклеточным матриксом и иными компонентами, содержащимися в нативных тканях [70]. Однако у данных материалов также присутствуют такие недостатки, как структурная целостность, которая может пострадать при выборе неверной методики биопринтинга [71]. Для решения данной проблемы существует несколько способов, основным из которых является комбинирование синтетических материалов, обладающих механической прочностью вместе с более мягкими материалами, такими, как гидрогели, имеющими пролиферативные и цитосовместимые свойства [72, 73].
Существует несколько коммерчески доступных заменителей биокожи на данный момент, которые можно подразделить на несколько подгрупп по типу биоматериала (аллогенные, ксеногенные, аутологичные), а также по наличю клеток (клеточные, бесклеточные). Примерами описанных выше кожных заменителей являются Matriderm, Apligraf, Stratagraft, Dermagraft, Epicel и ряд других [74-79]. В России разработка и изучение возможности применения живых эквивалентов кожи началась в конце 90-х годов прошлого столетия, но до сих пор остается на этапе развития и применение является ограниченным в связи с высокой стоимостью и ограниченной эффективностью [80]. Одним из последних перспективных отечественнных исследований является создание комбинированного аллогенного живого эквивалента кожи в лаборатории ФГБУН «Институт биологии развития им. Н.К.Кольцова РАН» и последующая трансплантация пациентам с врожденным буллезным эпидермолизом [81]. Использование синетических заменителей кожи на примере пациента 63 лет, получившего ожог и прошедшего лечение дермальным заменителем Matriderm. На последней фотографии приведен результат спустя 10 месяцев после операции. Рис.8 [82].
Рис.8. Результаты терапии с использованием дермального заменителя Matriderm (Min JH, Yun IS, Lew DH, Roh TS, Lee WJ. The use of Matriderm and autologous skin graft in the treatment of full thickness skin defects. Arch Plast Surg. 2014;41(4):330–6.)
Помимо исследований, проводимых с целью изучения и создания синтетических заменителей кожи, в последние десятилетия началось внедрение биотехнологий в косметологию, благодаря чему стало возможным уменьшить ущерб, наносимый природе, при производстве необходимых компонентов. Например, вещество Сквалан (производный от Сквалена), получали в основном из жира печени акул, пока Европейский Союз в 2019 году не запретил ловлю некоторых глубоководных акул в поисках сквалена, но благодаря биотехнологиям было налажено производство сквалана при помощи ферментации модифицированного штамма дрожжей Saccharomyces cerevisiae, заместив большую часть рынка. Иным примером является использование гиалуроновой кислоты, производство которой на сегодняшний день происходит при помощи модифицированных микроорганизмов, заменяя производство гиалуроновой кислоты, полученной из кожи животных [83].
Заключение
Таким образом биотехнология является не только перспективным направлением, развиваемом, в том числе, в интересах медицины, но и, по сути, главной надеждой больных, страдающих заболеваниями кожи и подкожной клетчатки, а также врачей-дерматовенерологов.
About the authors
Anna Vlasova
Author for correspondence.
Email: avvla@mail.ru
Andrey A. Martynov
State Research Center of Dermatovenereology and Cosmetology
Email: aamart@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5756-2747
SPIN-code: 2613-8597
MD, Dr. Sci. (Med.), Professor
Russian Federation, Korolenko str., 3, bldg 6, MoscowMaria A Martynova
Tel Aviv University Tel Aviv
Email: manmartyn@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-5377-1739
студент
Israel, Tel Aviv University Tel Aviv 6997801, IsraelReferences
- Pham P V. Medical Biotechnology: Techniques and Applications. In: Omics Technologies and Bio-engineering: Towards Improving Quality of Life. Academic Press; 2018. p. 449–69. doi: 10.1016/B978-0-12-804659-3.00019-1
- Bulcha JT, Wang Y, Ma H, Tai PWL, Gao G. Viral vector platforms within the gene therapy landscape. Signal Transduct Target Ther. 2021 Feb 8;6(1):53. doi: 10.1038/s41392-021-00487-6
- Alnasser SM. Review on mechanistic strategy of gene therapy in the treatment of disease. Gene. 2021 Feb 15;769:145246. doi: 10.1016/j.gene.2020.145246
- Guide S V., Gonzalez ME, Bağcı IS, Agostini B, Chen H, Feeney G, et al. Trial of Beremagene Geperpavec (B-VEC) for Dystrophic Epidermolysis Bullosa. New England Journal of Medicine. 2022 Dec 15;387(24):2211–9. doi: 10.1056/nejmoa2206663
- Dhillon S. Beremagene Geperpavec: First Approval. Drugs. 2023 Aug;83(12):1131–5. doi: 10.1007/s40265-023-01921-5
- Krystal biotech. New Data on B-VEC and Dystrophic Epidermolysis Bullosa (DEB) Presented at the DEBRA International Conference. 2021.
- Ferrucci PF, Pala L, Conforti F, Cocorocchio E. Talimogene laherparepvec (T‐vec): An intralesional cancer immunotherapy for advanced melanoma. Cancers (Basel). 2021 Mar 18;13(6):1383. doi: 10.3390/cancers13061383
- Baum C, Kustikova O, Modlich U, Li Z, Fehse B. Mutagenesis and Oncogenesis by Chromosomal Insertion of Gene Transfer Vectors. Hum Gene Ther. 2006 Mar;17(3):253–63. doi: 10.1089/hum.2006.17.253
- Thomas CE, Ehrhardt A, Kay MA. Progress and problems with the use of viral vectors for gene therapy. Nat Rev Genet. 2003 May 1;4(5):346–58. doi: 10.1038/nrg1066
- Bessis N, GarciaCozar FJ, Boissier MC. Immune responses to gene therapy vectors: Influence on vector function and effector mechanisms. Gene Ther. 2004 Oct;11(Suppl 1):S10–7. doi: 10.1038/sj.gt.3302364
- Midoux P, Pichon C, Yaouanc JJ, Jaffrès PA. Chemical vectors for gene delivery: A current review on polymers, peptides and lipids containing histidine or imidazole as nucleic acids carriers. Br J Pharmacol. 2009 May;157(2):166–78. doi: 10.1111/j.1476-5381.2009.00288.x
- Wang M, Marepally SK, Vemula PK, Xu C. Inorganic Nanoparticles for Transdermal Drug Delivery and Topical Application. In: Nanoscience in Dermatology. Elsevier Inc.; 2016. p. 57–72. doi: 10.1016/B978-0-12-802926-8.00005-7
- Siu KS, Chen D, Zheng X, Zhang X, Johnston N, Liu Y, et al. Non-covalently functionalized single-walled carbon nanotube for topical siRNA delivery into melanoma. Biomaterials. 2014 Mar;35(10):3435–42. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.12.079
- Desai PR, Marepally S, Patel AR, Voshavar C, Chaudhuri A, Singh M. Topical delivery of anti-TNFα siRNA and capsaicin via novel lipid-polymer hybrid nanoparticles efficiently inhibits skin inflammation in vivo. Journal of Controlled Release. 2013 Aug 28;170(1):51–63. doi: 10.1016/j.jconrel.2013.04.021
- Bracke S, Carretero M, Guerrero-Aspizua S, Desmet E, Illera N, Navarro M, et al. Targeted silencing of DEFB4 in a bioengineered skin-humanized mouse model for psoriasis: Development of siRNA SECosome-based novel therapies. Exp Dermatol. 2014;23(3):199–201. doi: 10.1111/exd.12321
- Kim ST, Lee KM, Park HJ, Jin SE, Ahn WS, Kim CK. Topical delivery of interleukin-13 antisense oligonucleotides with cationic elastic liposome for the treatment of atopic dermatitis. Journal of Gene Medicine. 2009;11(1):26–37. doi: 10.1002/jgm.1268
- Li J, Li X, Zhang Y, Zhou XK, Yang HS, Chen XC, et al. Gene therapy for psoriasis in the K14-VEGF transgenic mouse model by topical transdermal delivery of interleukin-4 using ultradeformable cationic liposome. Journal of Gene Medicine. 2010;12(6):481–90. doi: 10.1002/jgm.1459
- Lewandowski KT, Thiede R, Guido N, Daniel WL, Kang R, Guerrero-Zayas MI, et al. Topically Delivered Tumor Necrosis Factor-α–Targeted Gene Regulation for Psoriasis. Journal of Investigative Dermatology. 2017 Sep 1;137(9):2027–30. doi: 10.1016/j.jid.2017.04.027
- Zheng D, Giljohann DA, Chen DL, Massich MD, Wang X-Q, Iordanov H, et al. Topical delivery of siRNA-based spherical nucleic acid nanoparticle conjugates for gene regulation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012 Jul 6;109(30):11975–80. doi: 10.1073/pnas.1118425109/-/DCSupplemental
- Randeria PS, Seeger MA, Wang XQ, Wilson H, Shipp D, Mirkin CA, et al. siRNA-based spherical nucleic acids reverse impaired wound healing in diabetic mice by ganglioside GM3 synthase knockdown. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 May 5;112(18):5573–8. doi: 10.1073/pnas.1505951112
- Yi X, Zhao G, Zhang H, Guan D, Meng R, Zhang Y, et al. MITF-siRNA formulation is a safe and effective therapy for human melasma. Molecular Therapy. 2011;19(2):362–71. doi: 10.1038/mt.2010.263
- Heydari Z, Peshkova M, Gonen ZB, Coretchi I, Eken A, Yay AH, et al. EVs vs. EVs: MSCs and Tregs as a source of invisible possibilities. J Mol Med. 2023 Feb 1;101(1–2):51–63. doi: 10.1007/s00109-022-02276-2
- Lo AC, Feldman SR. Polymerase chain reaction: Basic concepts and clinical applications in dermatology. J Am Acad Dermatol. 1994 Feb;30(2):250–60. doi: 10.1016/S0190-9622(94)70025-7
- Mania-Pramanik J, Donde UM, Maitra A. Use of polymerase chain reaction (PCR) for detection of Chlamydia trachomatis infection in cervical swab samples. Indian J Dermatol Venereol Leprol. 2001;67:246–50.
- Liu H, Rodes B, Chen CY, Steiner B. New tests for syphilis: Rational design of a PCR method for detection of Treponema pallidum in clinical specimens using unique regions of the DNA polymerase I gene. J Clin Microbiol. 2001;39(5):1941–6. doi: 10.1128/JCM.39.5.1941-1946.2001
- Shafie MH, Antony Dass M, Ahmad Shaberi HS, Zafarina Z. Screening and confirmation tests for SARS-CoV-2: benefits and drawbacks. Beni Suef Univ J Basic Appl Sci. 2023 Dec 1;12(1):6. doi: 10.1186/s43088-023-00342-3
- D’Amico F, Skarmoutsou E, Stivala F. State of the art in antigen retrieval for immunohistochemistry. J Immunol Methods. 2009 Feb 28;341(1–2):1–18. doi: 10.1016/j.jim.2008.11.007
- Magaki S, Hojat SA, Wei B, So A, Yong WH. An introduction to the performance of immunohistochemistry. Methods in Molecular Biology. 2019;1897:289–98. doi: 10.1007/978-1-4939-8935-5_25
- Palit A, Inamadar AC. Immunohistochemistry: Relevance in dermatology. Indian J Dermatol. 2011 Nov;56(6):629–40. doi: 10.4103/0019-5154.91818
- Chatterjee D, Bhattacharjee R. Immunohistochemistry in dermatopathology and its relevance in clinical practice. Indian Dermatol Online J. 2018;9(4):234. doi: 10.4103/idoj.idoj_8_18
- Esposito R. What are the different detection methods for IHC? Enzo Life Sciences; 2019.
- King AD, Deirawan H, Klein PA, Dasgeb B, Dumur CI, Mehregan DR. Next-generation sequencing in dermatology. Front Med (Lausanne). 2023 Sep 29;10. doi: 10.3389/fmed.2023.1218404
- Qin D. Next-generation sequencing and its clinical application. Cancer Biol Med. 2019;16(1):4–10. doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2018.0055
- Sarig O, Sprecher E. The Molecular Revolution in Cutaneous Biology: Era of Next-Generation Sequencing. Journal of Investigative Dermatology. 2017 May 1;137(5):79–82. doi: 10.1016/j.jid.2016.02.818
- Gonzalez D, Fearfield L, Nathan P, Tanière P, Wallace A, Brown E, et al. BRAF mutation testing algorithm for vemurafenib treatment in melanoma: Recommendations from an expert panel. British Journal of Dermatology. 2013 Apr;168(4):700–7. doi: 10.1111/bjd.12248
- TODD P, SAMARATUNGA IR, PEMBROKE A. Screening for glucose‐6‐phosphate dehydrogenase deficiency prior to dapsone therapy. Clin Exp Dermatol. 1994;19(3):217–8. doi: 10.1111/j.1365-2230.1994.tb01168.x
- Iznardo H, Roé E, Serra-Baldrich E, Puig L. Efficacy and Safety of JAK1 Inhibitor Abrocitinib in Atopic Dermatitis. Pharmaceutics. 2023 Feb;15(2):385. doi: 10.3390/pharmaceutics15020385
- Diasio RB, Offer SM. Testing for Dihydropyrimidine Dehydrogenase Deficiency to Individualize 5-Fluorouracil Therapy. Cancers (Basel). 2022 Jun 30;14(13):3207. doi: 10.3390/cancers14133207
- Mitra D, Chopra A, Saraswat N, Mitra B, Talukdar K, Agarwal R. Biologics in Dermatology: Off-Label Indications. Indian Dermatol Online J. 2020 May 1;11(3):319–27. doi: 10.4103/idoj.IDOJ_407_18
- Mpofu S, Fatima F, Moots RJ. Anti-TNF-α therapies: They are all the same (aren’t they?). Rheumatology. 2005 Mar;44(3):271–3. doi: 10.1093/rheumatology/keh483
- Atiqi S, Hooijberg F, Loeff FC, Rispens T, Wolbink GJ. Immunogenicity of TNF-Inhibitors. Front Immunol. 2020 Feb 26;11:312. doi: 10.3389/fimmu.2020.00312
- Hodi FS, Soiffer RJ. Interleukins. In: Encyclopedia of Cancer (Second Edition). Academic Press; 2002. p. 523–35. doi: 10.1016/B0-12-227555-1/00110-6
- Sehgal VN, Pandhi D, Khurana A. Biologics in dermatology: An integrated review. Indian J Dermatol. 2014 Sep 1;59(5):425–41. doi: 10.4103/0019-5154.139859
- Gonçalves F, Freitas E dio, Torres T. Selective IL-13 inhibitors for the treatment of atopic dermatitis. Drugs Context. 2021 Mar 30;10:1–7. doi: 10.7573/DIC.2021-1-7
- Yang K, Oak ASW, Elewski BE. Use of IL-23 Inhibitors for the Treatment of Plaque Psoriasis and Psoriatic Arthritis: A Comprehensive Review. Am J Clin Dermatol. 2021 Mar 1;22(2):173–92. doi: 10.1007/s40257-020-00578-0
- Batta S, Khan R, Zaayman M, Limmer A, Kivelevitch D, Menter A. IL-17 and -23 Inhibitors for the Treatment of Psoriasis. EMJ Allergy & Immunology. 2023; doi: 10.33590/emjallergyimmunol/10301362
- Nie T. Spesolimab in generalised pustular psoriasis flares: a profile of its use. Drugs & Therapy Perspectives. 2023 Dec 2;39:404–12. doi: 10.1007/s40267-023-01034-9
- Kurbacheva OM, Galitskaya MA. The place of Omalizumab in the treatment of allergic diseases. Medical Council. 2019 Dec 8;(15):38–49. doi: 10.21518/2079-701x-2019-15-38-49
- Kara RO, Dikicier BS, Yaldiz M, Koku B, Çosansu NC, Solak B. Omalizumab treatment for chronic spontaneous urticaria: data from Turkey. Postepy Dermatol Alergol. 2022;39(4):704–7. doi: 10.5114/ada.2021.109081
- Khandelwal K, Jajoo V, Bajpai K, Madke B, Prasad R, Wanjari MB, et al. Rituximab in Pemphigus Vulgaris: A Review of Monoclonal Antibody Therapy in Dermatology. Cureus. 2023 Jun 21;15(6):e40734. doi: 10.7759/cureus.40734
- Kubanov A, Abramova T. Current methods of treatment of true acantholytic pemphigus. Vestn Dermatol Venerol. 2014;90(4):19–27. doi: 10.25208/0042-4609-2014-90-4-19-27
- Arin MJ, Engert A, Krieg T, Hunzelmann N. Anti-CD20 monoclonal antibody (rituximab) in the treatment of pemphigus. British Journal of Dermatology. 2005 Sep;153(3):620–5. doi: 10.1111/j.1365-2133.2005.06651.x
- Tarhini A, Lo E, Minor DR. Releasing the brake on the immune system: Ipilimumab in melanoma and other tumors. Cancer Biother Radiopharm. 2010 Dec 1;25(6):601–13. doi: 10.1089/cbr.2010.0865
- Kwok G, Yau TCC, Chiu JW, Tse E, Kwong YL. Pembrolizumab (Keytruda). Hum Vaccin Immunother. 2016 Nov 1;12(11):2777–89. doi: 10.1080/21645515.2016.1199310
- Sengupta A. Biological drugs : challenges to access. In Third World Network; 2018. p. 20–5. ISBN: 9789670747262
- Soliman M, Oredein O, Dass CR. Update on Safety and Efficacy of HPV Vaccines: Focus on Gardasil. International Journal of Molecular and Cellular Medicine (IJMCM). 2021;10(2):101–13. doi: 10.22088/IJMCM.BUMS.10.2.101
- Heineman TC, Cunningham A, Levin M. Understanding the immunology of Shingrix, a recombinant glycoprotein E adjuvanted herpes zoster vaccine. Curr Opin Immunol. 2019 Aug 1;59:42–8. doi: 10.1016/J.COI.2019.02.009
- Carvalho T. Personalized anti-cancer vaccine combining mRNA and immunotherapy tested in melanoma trial. Nat Med. 2023 Oct;29(10):2379–80. doi: 10.1038/d41591-023-00072-0
- Chocarro-Wrona C, López-Ruiz E, Perán M, Gálvez-Martín P, Marchal JA. Therapeutic strategies for skin regeneration based on biomedical substitutes. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. 2019 Mar 1;33(3):484–96. doi: 10.1111/jdv.15391
- Cai R, Gimenez-Camino N, Xiao M, Bi S, Divito KA. Technological advances in three-dimensional skin tissue engineering. Reviews on Advanced Materials Science. 2023 Jan 1;62(1):20220289. doi: 10.1515/rams-2022-0289
- Reijnders CMA, Van Lier A, Roffel S, Kramer D, Scheper RJ, Gibbs S. Development of a Full-Thickness Human Skin Equivalent in Vitro Model Derived from TERT-Immortalized Keratinocytes and Fibroblasts. Tissue Eng Part A. 2015 Sep 1;21(17–18):2448–59. doi: 10.1089/ten.tea.2015.0139
- Vidal Yucha SE, Tamamoto KA, Nguyen H, Cairns DM, Kaplan DL. Human Skin Equivalents Demonstrate Need for Neuro-Immuno-Cutaneous System. Adv Biosyst. 2019 Jan;3(1):e1800283. doi: 10.1002/adbi.201800283
- Wong R, Geyer S, Weninger W, Guimberteau JC, Wong JK. The dynamic anatomy and patterning of skin. Exp Dermatol. 2016 Feb 1;25(2):92–8. doi: 10.1111/exd.12832
- Kovylin RS, Aleinik DA, Fedyushkin IL. Modern porous polymer implants: preparation, properties, application. High molecular weight compounds. 2021;63(1):33–53. doi: 10.31857/s2308114721010039
- Bishop ES, Mostafa S, Pakvasa M, Luu HH, Lee MJ, Wolf JM, et al. 3-D bioprinting technologies in tissue engineering and regenerative medicine: Current and future trends. Genes Dis. 2017 Dec 1;4(4):185–95. doi: 10.1016/J.GENDIS.2017.10.002
- Bertassoni LE, Cecconi M, Manoharan V, Nikkhah M, Hjortnaes J, Cristino AL, et al. Hydrogel bioprinted microchannel networks for vascularization of tissue engineering constructs. Lab Chip. 2014 Jul 7;14(13):2202–11. doi: 10.1039/c4lc00030g
- Kang HW, Lee SJ, Ko IK, Kengla C, Yoo JJ, Atala A. A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs with structural integrity. Nat Biotechnol. 2016 Mar 1;34(3):312–9. doi: 10.1038/nbt.3413
- Poldervaart MT, Gremmels H, Van Deventer K, Fledderus JO, Öner FC, Verhaar MC, et al. Prolonged presence of VEGF promotes vascularization in 3D bioprinted scaffolds with defined architecture. Journal of Controlled Release. 2014 Jun 28;184(1):58–66. doi: 10.1016/J.JCONREL.2014.04.007
- Bishop ES, Mostafa S, Pakvasa M, Luu HH, Lee MJ, Wolf JM, et al. 3-D bioprinting technologies in tissue engineering and regenerative medicine: Current and future trends. Genes Dis. 2017 Dec 1;4(4):185–95. doi: 10.1016/j.gendis.2017.10.002
- Rice JJ, Martino MM, De Laporte L, Tortelli F, Briquez PS, Hubbell JA. Engineering the Regenerative Microenvironment with Biomaterials. Adv Healthc Mater. 2013;2(1):57–71. doi: 10.1002/adhm.201200197
- Hinton TJ, Jallerat Q, Palchesko RN, Park JH, Grodzicki MS, Shue HJ, et al. Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels. Sci Adv. 2015 Oct 1;1(9):e1500758. doi: 10.1126/sciadv.1500758
- Bishop ES, Mostafa S, Pakvasa M, Luu HH, Lee MJ, Wolf JM, et al. 3-D bioprinting technologies in tissue engineering and regenerative medicine: Current and future trends. Genes Dis. 2017 Dec 1;4(4):185–95. doi: 10.1016/J.GENDIS.2017.10.002
- Murphy S V., De Coppi P, Atala A. Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting. Nat Biomed Eng. 2020 Apr 1;4(4):370–80. doi: 10.1038/s41551-019-0471-7
- Nathoo R, Howe N, Cohen G. Skin Substitutes An Overview of the Key Players in Wound Management. Skin substitutes: an overview of the key players in wound management. 2014;7(10):44–8.
- Cervelli V, Brinci L, Spallone D, Tati E, Palla L, Lucarini L, et al. The use of MatriDerm ® and skin grafting in post-traumatic wounds. International Wound Journal . 2011;8(4):400–5. doi: 10.1111/j.1742-481X.2011.00806.x
- Zaulyanov L, Kirsner RS. A review of a bi-layered living cell treatment (Apligraf ® ) in the treatment of venous leg ulcers and diabetic foot ulcers. Clin Interv Aging. 2007;2(1):93–8. doi: 10.2147/ciia.2007.2.1.93
- Gibson ALF, Holmes JH, Shupp JW, Smith D, Joe V, Carson J, et al. A phase 3, open-label, controlled, randomized, multicenter trial evaluating the efficacy and safety of StrataGraft® construct in patients with deep partial-thickness thermal burns. Burns. 2021 Aug 1;47(5):1024–37. doi: 10.1016/j.burns.2021.04.021
- Hart CE, Loewen-Rodriguez A, Lessem J. Dermagraft: Use in the Treatment of Chronic Wounds. Adv Wound Care (New Rochelle). 2012 Jun;1(3):138–41. doi: 10.1089/wound.2011.0282
- Ehrenreich M, Ruszczak Z. Update on Tissue-Engineered Biological Dressings. Mary Ann Liebert. 2006;12(9):2407–24. doi: 10.1089/ten.2006.12.2407
- Meleshina A V., Bystrova AS, Rogovaya OS, Vorotelyak EA, Vasiliev A V., Zagaynova E V. Tissue-engineered skin constructs and application of stem cells for creation of skin equivalents (Review). Sovremennye Tehnologii v Medicine. 2017;9(1):198–218. doi: 10.17691/stm2017.9.1.24
- Karamova A, Kubanov AA, Vorotelyak E, Rogovaya O, Chikin V, Nefedova M, et al. Efficacy of human living skin equivalent in the treatment of inherited epidermolysis bullosa. Vestn Dermatol Venerol. 2023;99(6). doi: 10.25208/vdv16249
- Min JH, Yun IS, Lew DH, Roh TS, Lee WJ. The use of Matriderm and autologous skin graft in the treatment of full thickness skin defects. Arch Plast Surg. 2014;41(4):330–6. doi: 10.5999/aps.2014.41.4.330
- Waltz E. Cosmetics: when biotech is better than nature. Nat Biotechnol. 2022 May 16;40:626–8. doi: 10.1038/s41587-022-01332-z
Supplementary files
![](/img/style/loading.gif)