Alexander smolyaninov the main priorities of biomedical development
1. Основные приоритеты в развитии
биомедицинских технологий для
здравоохранения России
Современные возможности получения новых
инновационных технологий
Заведующий НИЛ клеточных технологий СПб Государственной Медицинской
Академии Последипломного образования, генеральный директор ООО
«Покровский банк стволовых клеток», профессор Санкт-Петербургского
Государственного Университета, Член Экспертной Коллегии Инновационного
Фонда «Сколково» доктор мед. наук Смолянинов А.Б.
Санкт-Петербург
2011 г.
2. Основные приоритеты в развитии биомедицинских
технологий для здравоохранения России
Клеточные технологии
Генные технологии
Создание фармбиопрепаратов на основе стволовых клеток
(пуповинная кровь, костный мозг, жировая ткань, менструальная
кровь)
Создание фармбиопрепаратов на основе фибробластов
Создание биопрепаратов на основе цитокинов (G-CSF, FGF)
Метаболомика (изучает обмен веществ в клетке, моделирует
метаболизм, исследует совместимость функционирования материальных
элементов биологической системы, ускоряет процесс создания
лекарственных препаратов)
Транскриптомика (изучает структуру и динамику транскриптома – это
второй уровень фенотипа. Информация, необходимая для
формирования структуры транскриптома, закодирована в геноме и может
быть выявлена при его изучении)
3. Основные приоритеты в развитии биомедицинских
технологий для здравоохранения России
Геномика: функциональная, структурная (наука изучающая
геномы. Объектом изучения являются геномы всех организмов, не только
человека. Одно из направлений геномики - воссоздание суммарной карты
метаболических путей живого, состоящей из частных метаболических карт,
характерных для каждого организма)
Протеомика: клиническая, структурная, функциональная,
протеомика гемостаза (направление молекулярной биологии,
занимающееся сравнительным изучением клеточных протеомов, наборов
белков данной клетки в данной фазе ее развития в определенный момент
времени)
Биоинформатика (вычеслительная биология): программы докинг и
Modeller (позволит снизить срок проектирования препарата с 5-6 лет до
нескольких месяцев)
Биологический анализ изображений и молекулярное
моделирование
Grid-технологии
4. Основные приоритеты в развитии биомедицинских
технологий для здравоохранения России
Основные задачи:
- Внедрение фундаментальных разработок в практическое
здравоохранение
- Преподавание основ молекулярной биологии, медицинской
генетики в медицинских ВУЗах
- Формирование диссертационных исследований на основе
современных понятий в области клеточной и генной биологии,
молекулярной медицины
- Коммерциализация биотехнологических продуктов
- Распространение информации в средствах массовой
информации о новых инновационных технологиях, открытиях
5. Биомедицинские технологии для практического
здравоохранения
Онкология
Гематология Кардиология
Пульмонология
Эндокринология Кардиохирургия
Клеточные и генные Педиатрия
Гепатология Ревматология
Урология технологии, геноми- Дерматология
Нефрология ка, протеомика, био-
информатика
Нейрохирургия
Термические
Неврология поражения
ХИРУРГИЯ
ТЕРАПИЯ
ИММУНОЛОГИЯ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ МЕДИЦИНА
6. Рост трансплантаций в регенеративной медицине в мире. Трансплантация
стволовых клеток пуповинной крови составляет в 2009 г. – 40% всех аллогенных
трасплантаций (пуповинная кровь–белый цвет, стволовые клетки
периферической крови – серый цвет, костный мозг - черный цвет) (Anjali S.
Advania and Mary J. Laughlinb, 2009).
7. В 2007 г. объем мирового рынка, связанного
воздействием на организм на клеточном уровне,
оценивался в 26,6 млрд. долл.
В 2010 г. ожидался его рост до 56 млрд. долл.
В 2012 г. – до 76 млрд. долл.
Подсектор этого рынка, связанный с клеточной
терапией, включающей СК, цитокины и ростовые
факторы оценивался в 13 млрд. долл. в 2005 г., и
ожидался его рост до 21 млрд. долл. к 2010 г.
8. Взаимодействие биотехнологий и регенеративной медицины
Ц И Т О Л О ГИ Я, М О Л Е К У Л Я Р Н А Я Б И О Л О Г И Я, Г Е Н Е Т И К А, Б И О И Н Ф О Р М А Т И К А
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ТЕРАПИЯ
Терапевтическое Клеточная Банки стволовых
Клеточная терапия Генная терапия
клонирование диагностика клеток
Ремоделиро-
Иммуногистохимия клеток
вание клеток, Криоконсервирование
Терапия Хирургия тканей, орга- и тканей
клеток:
гемограмма
нов стволовых клеток
биопсия лимфоузлов и ко-
крови пуповины
стного мозга
гемопоэтических
иммунофенотипирование
стволовых клеток
стволовых клеток
костного мозга
гематология серологическое и молеку-
гамет (сперматозои-
кардиология лярно-биологическое опре-
ревматология
дов, яйцеклеток)
нейрохирургия
деление антигенов системы
неврология
Криоконсервирование
кардиохирургия
HLA
онкология
тканей:
секвенирование генома ин-
травматология и крови и ее компо-
геронтология дивида
ортопедия нентов
гастроэнтерология генетическое тестирование
трансплантацион- железистых тканей
эндокринология определение живучести и
ная хирургия роговицы
педиатрия жизнеспособности стволо-
термические пора- кожи
неонатология вых клеток
жения
косметология оценка иммунитета
офтальмология
дерматология определение онкомаркеров
цитогенетика
диагностика внутриклеточ-
генная терапия заболеваний
ной инфекции молекулярный мониторинг тече-
ния болезней
9. Структура регенеративной медицины
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ МЕДИЦИНА
Регенеративная клеточная терапия Молекулярно-генетическая диагностика
Иммуногистохимия клеток и тканей
гемограмма
Терапия Хирургия биопсия лимфоузлов и костного мозга
иммунофенотипирование стволовых клеток
серологическое и молекулярно-биологическое
определение антигенов системы HLA
нейрохирургия
секвенирование генома индивида
гематология кардиохирургия
генетическое тестирование
кардиология травматология и определение жизнеспособности стволовых
ревматология ортопедия клеток
неврология трансплантаци-
оценка иммунитета
онкология онная хирургия
определение онкомаркеров
геронтология термические
диагностика внутриклеточной инфекции
гастроэнтерология поражения
эндокринология офтальмология
педиатрия
неонатология
косметология
дерматология
ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ РЕГЕНЕРАТИВНАЯ МЕДИЦИНА:
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ НОРМАЛЬНАЯ И ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ АНАТОМИЯ,
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ НОРМАЛЬНАЯ И ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ,
БИОФИЗИКА, БИОХИМИЯ И ГИСТОЛОГИЯ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ
10. КАФЕДРА РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ
НИЛ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Более 950 миллионов человек в развитых странах страдают
заболеваниями, потенциально излечимыми методами
регенеративной медицины
Количество таких пациентов существенно возрастет по мере
расширения показаний к клеточной и генной терапии в
регенеративной медицине
Революционные достижения в этой научной области позволили
врачам использовать высокие клеточные технологии в
регенеративной медицине для лечения заболеваний, против
которых бессильны самые современные медикаменты
Полученный опыт отечественных и зарубежных ученых позволяет
сделать вывод о необходимости систематизации накопленных
знаний о закономерностях использования потенциала
биологических свойств клеток в медицине в рамках отдельной
медицинской дисциплины – регенеративной медицина
11. Покровский банк стволовых клеток, Санкт-
Петербург
Предприятие зарегистрировано в январе 2007 г.
Начало работы и получение Федеральной лицензии на
клеточные и генные технологии январь 2009 г.
Стоимость предприятия 400.000.000 рублей
Форма собственности – частное предприятие
Основная цель: соединить инновационные
биотехнологии и практическое здравоохранение для
получения современной молекулярно-генетической
диагностики, получения новых биопродуктов и вывода
данных технологий на медицинский рынок
Задачи: разработка современных инновационных
биотехнологий в области клеточных и генных технологий
для регенеративной медицины
12. Покровский банк стволовых клеток, Санкт-
Петербург
Штат сотрудников 45 человек
Планируемое расширение до 75 человек
Биотехнологи 22 человека
Средний возраст биотехнологов 24,5±2,6 года
Криогенные инженеры 2 человека
Врачи 5 человек, планируемое расширение до 10
человек
Научный состав: профессоров 2 человека, докторов
медицинских наук 3 человека, кандидатов медицинских
наук 2 человека, кандидатов биологических наук 3
человека, аспиранты 12 человек
Основные центры взаимодействия: НИЛ клеточных
технологий СПб МАПО, Медицинский факультет СПбГУ,
Институт цитологии РАН, РНИИ Гематологии и
Трансфузиологии ФМБА МЗ и СР РФ
13. Покровский банк стволовых клеток, Санкт-
Петербург
Научные работы, публикации, изобретения за 2009-
2010 г.:
- Научные публикации – 12
- Монографии - 1
- Выступление на Международных Конгрессах (Испания,
Китай, Франция, Япония) – 8
- Выступления на Всероссийских Конференциях,
Конгрессах, Съездах - 24
- Грант РФФИ – 1 (в работе)
- Грант Комитета по науке и высшей школе Правительства
Санкт-Петербурга -1 (выполнен)
- Получено 12 патентов на изобретения в области
клеточных технологий
14. Подготовка биотехнологов
• Санкт-Петербургский Государственный Университет
• Санкт-Петербургский Государственный Технологический Институт
(Технический Университет)
• Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
• Санкт-Петербургский Государственный Университет Низкотемпературных и
Пищевых Технологий
Подготовка врачей
• Военно-медицинская Академия им. С.М. Кирова
• Санкт-Петербургская Государственная Медицинская Академия им. И.И.
Мечникова
• Санкт-Петербургский Государственный Медицинский Университет имени
академика И.П. Павлова
• Санкт-Петербургская Педиатрическая Медицинская Академия
16. Структура Покровского банка стволовых клеток
Лаборатория по выделению стволовых клеток
Лаборатория культивирования стволовых клеток
Лаборатория культивирования фибробластов
Банк стволовых клеток крови пуповины, костного мозга и
жировой ткани
Банк спермы
Регистр доноров стволовых клеток пуповинной крови с
HLA-типированием
Лаборатория выделения ДНК
Лаборатория цитогенетики
Лаборатория генной диагностики (секвенирование ДНК)
Лаборатория HLA–типирования низкой и высокой
степени разрешения
Лаборатория определения длины теломер хромосом
Консультативный научный совет
17. Практическая работа Покровского банка стволовых клеток
Забор ПК
Ручная обработка
Выделение
Центрифугирование
Применение
Заморозка и хранение
Уже:
•Инсульты, инфаркты
•Нейродегенеративные
заболевания
•Онкогемотология Лазерное
центрифугирование
Испытания:
•Ожоги
•Регенеративная терапия
•Травмы
18. SEPAX в работе …
«После появления
системы Sepax
вопроса,
чем оборудовать
вновь открываемый
банк стволовых
клеток, больше нет»
20. КРИОГЕННОЕ ХРАНЕНИЕ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК В РЕГИСТРЕ
ПОКРОВСКОГО БАНКА СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
Автономное энергоснабжение
Многоуровневая система охраны
Гарантия защиты от стихийных бедствий и катастроф
Криогенные инженеры, криотехники
Автономная система подачи жидкого азота
Специализированная компьютерная система «Freezerwork» (USA)
21. Лабораторные тесты проводимые в лаборатории
Покровского банка стволовых клеток
- ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ КЛЕТОК (до и после выделения)
- ГРУППА КРОВИ И РЕЗУС-ФАКТОР (ID-технология)
- СОДЕРЖАНИЕ CD34+ КЛЕТОК (проточная цитофлуориметрия)
- ОЦЕНКА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ (проточная цитофлуориметрия)
- БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКИЙ И ВИРУСОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ЧИСТОТЫ ОБРАЗЦА (ИФА, ПЦР)
- ПОСЕВ НА СТЕРИЛЬНОСТЬ (бактериологический анализ)
- ТЕСТ НА КОЛОИНИЕ ОБРАЗУЮЩУЮ АКТИВНОСТЬ КОЕ-ТЕСТ
(CFC-assay)
- HLA-ТИПИРОВАНИЕ НИЗКОЙ ИЛИ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ
РАЗРЕШЕНИЯ
- ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ (PRONTO, Израиль)
- «КАРАНТИН» (от 2 до 4 недель)
22. Молекулярно-генетическая диагностика Покровского банка стволовых клеток
Применяется совокупность методик:
MRC-Holland
MLPA
Multiplex ligation-dependent probe
amplification (MLPA)
Скрининг делеций, инсерций и мутаций в последовательности генов выполняется с помощью набора
компании MRC-Holland (Amsterdam, The Netherlands).
ПЦР
Определение мажорных мутаций генов, подтверждение полиморфизмов, обнаруженных
методом MLPA
Секвенирование
Определение нуклеотидной последовательности гена
23. Генетические исследования в Покровском БСК
Генетика — наука о законах и
механизмах наследственности и
изменчивости.
•Генетические исследования
Мультифакториальные
Моногенные заболевания заболевания
нас
лед
ств
ен нос
ть
Важно!!! время
•Регулярный
мониторинг
•Образ жизни а
Важно!!! ед
я ср
а
•Выявить как можно раньше •Превентивная ющ
жа
терапия ру
•Подобрать лечение ок
•Заместительная терапия
28. Молекулярно-генетические методы HLA-типирования
применяемые в Покровском банке стволовых клеток
SSO (Sequence-Specific SSP (Sequence-Specific
Oligonucleotide) Priming)
Секвенировани
е
Низкая степень
Низкая степень разрешения
разрешения
Высокая степень разрешения
30. HLA-типирование низкой степени разрешения образцов
пуповинной крови Покровского банка стволовых клеток
методом SSP
Distribution of HLA-DRB1 allels
HLA-DRB1*16 HLA-DRB1*1
HLA-DRB1*15 3% 9% HLA-DRB1*3
19%
11%
HLA-DRB1*14
3%
HLA-DRB1*4
HLA-DRB1*13 11%
16% HLA-DRB1*7
HLA-DRB1*9
HLA-DRB1*11 9%
HLA-DRB1*12
11% 2%
6%
Распределение HLA-DRB1 аллелей, характерное для популяции Северо-Западного
региона. Это подтверждает необходимость создания собственного регистра
пуповинной крови.
31. Культивирование мезенхимальных стволовых клеток
пуповинной крови в Покровском банке стволовых клеток
Культивирование клеток - метод, позволяющий
сохранять жизнеспособность клеток и выращивать их в
условиях in vitro.
Задачи культивирования:
• увеличение количества стволовых клеток
пуповинной крови для расширения
возможностей их терапевтического
применения
• анализ жизнеспособности и
функционального состояния стволовых
клеток
32. Тест на колониеобразующую активность (CFC-assay) в
Покровском банке стволовых клеток
КОЕ-тест – качественный показатель, используемый для
функциональной оценки активности ГСК, полученных из пуповинной
крови, костного мозга и мобилизованной периферической крови. КОЕ-
тест является необходимы для контроля качества всех процедур по
обработке ГСК
33. Проточная цитофлуорометрия в Покровском банке
стволовых клеток (Beckman Coulter, USA)
Задачи использования проточной цитофлуорометрии при
банкировании образцов пуповинной крови:
• Определение жизнеспособности клеток в образце для создания
паспорта на образец пуповинной крови
• Определение концентрации стволовых клеток в образце
пуповинной крови для создания паспорта на образец пуповинной
крови
Данные параметры используются для
объективизации методик по
обработке образцов пуповинной
крови
34. Проточная цитофлуорометрия в Покровском БСК (результаты 2009-2010 г.).
Обследовано 2.100 образцов стволовых клеток ПК
P e rs e n ta g e o f C D 34+ ce lls
2-3% 0,01-0,1 %
1-2%
0,1-0,5 %
0,5-1%
Содержание CD34+ клеток в образцах пуповинной крови, костного мозга, периферической
крови после выделения на Sepax S100 и перед криогенным хранением
35. Оценка количества стволовых клеток в трансплантате в Покровском банке
стволовых клеток (Счетчик клеток/Анализатор жизнеспособности - Beckman
Coulter, USA)
Оценка количества стволовых клеток в трансплантате при банкировании образцов
пуповинной крови и после размораживания:
• Определение жизнеспособности клеток в образце пуповинной крови регистра доноров
• Определение количества стволовых клеток в образце пуповинной крови до и после
заморозки
• Определение количества стволовых клеток для оценки длины теломер
• Определение количества стволовых клеток при культивировании образца
36. Оценка жизнеспособности стволовых клеток в Покровском БСК определяется на
анализаторе жизнеспособности (результаты 2009-2010 г.).
Viability b efo re fre e zin g
80-85%
85-90%
90-95%
95-100%
Жизнеспособность клеток в образцах пуповинной крови, костного мозга, периферической
крови, жировой ткани после выделения на клеточном сепараторе
37. Теломеры - перспективное направление исследований образцов пуповинной
крови в Покровском БСК для характеристики трансплантата
Теломеры – это концевые участки хромосом,
состоящие из повторяющейся
последовательности ДНК (TTAGGG) и
имеющие сложную молекулярную структуру
По каждом делении соматических клеток теломеры
укорачиваются и, таким образом, ограничивают
количество делений, которые способна пройти клетка.
Поэтому длина теломер является биологическим
маркером старения, а так же может указывать на
злокачественную трансформацию клеток. Это важно при
оценке стволовых клеток пуповинной крови
38. Теломерный тест в Покровском БСК
Теломеры концевые
участки хромосом
По длине теломер хромосом можно определить биологический
возраст на основе анализа ДНК
Анализ качества трансплантата пуповинной крови и костного
мозга
Любой выход за пределы нормы – повод для серьезного
обследования
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009
39. Анализ средней длины теломер хромосом в клетках лейкоцитарной фракции
пуповинной крови в Покровском БСК
Результат анализа: средняя длина теломер в относительных единицах - % от
контрольной линии 1301
Норма 14-25% от 1301
Telomere length analysis on cord blood cells by the flow-FISH method
Nóra Regéczy et al., Haematologia, Vol. 32, No. 3, pp. 265–269 (2002) (проанализировано 9
образцов, среднее значение 18,5%)
Наши данные:
среднее значение 18,84%
25 22,41135 23,6
средняя длина теломер в
образце в % от 1301
19,21
20
14,53901 14,45
15
10
5
0
1 2 3 4 5
порядковый номер анализа
40. «Покровский Банк
Стволовых Клеток»
Санкт-Петербург,
199106
Большой проспект, В.О.,
д.85
Телефон:
(812)777-02-66
(812)322-05-07
(812)322-05-41
www.stemcellbank.spb.ru
E-mail:
stemcellbank@inbox.ru
41. Медицинский
НИЛ Клеточных факультет СПбГУ СПб ГМУ им. Академика
технологий ГОУ И.П.Павлова
СПб МАПО
Институт
Цитологии Общественный Регистр
доноров стволовых клеток СПб ГМА им.
РАН И.И. Мечникова
пуповинной крови ПБСК
Детский
Федеральный Центр Ортопедический Военно-медицинская
сердца, крови и Институт им. Г.И. академия им. С.М.
эндокринологии им. В.А. Турнера Кирова
Алмазова
42. ИНТЕГРАЦИОННЫЙ ПОДХОД В РАЗВИТИИ КЛЕТОЧНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ
НИЛ Клеточных технологий ООО «Покровский банк стволовых
ГОУ СПб МАПО клеток»
ООО «Клеточные инновации»
Институт
цитологии РАН,
Санкт-Петербург
НИИ детской ортопедии и
Институт
травматологии им. Г.И. высокомолекулярных
Турнера соединений РАН, Санкт-
Петербург
43. Области клинического применения стволовых клеток пуповинной крови
при гематологических заболеваниях
Острые лейкозы
Острый лимфобластный лейкоз
Острый миелобластный лейкоз
Болезни, связанные с патологией пролиферации миелоидного ростка
Острый миелофиброз
Идиопатический миелофиброз
Наследственные нарушения метаболизма
Мукополисахаридоз
Адренолейкодистрофия
Наследственные расстройства иммунной системы
Атаксия-телеангиоэктазия
Болезнь Костманна
Болезнь Диджорджа
Хронические лейкозы
Хронический миелоидный лейкоз
Хронический лимфоцитарный лейкоз
Ювенильный миеломоноцитарный лейкоз
Болезни, связанные с патологией стволовых клеток
Тяжелая форма апластической анемии
Анемия Фанкони
Пароксизмальная ночная гемоглобинурия (Болезнь Маркиафавы-Микеле)
Лимфопролиферативные расстройства
Неходжкинская лимфома
Лимфома Ходжкина (лимфогрануломатоз)
Гистиоцитарные дисфункции
Семейный эритрофагоцитарный лимфогистиоцитоз
Гистиоцитоз Х
45. Постоянный мониторинг биотехнологического рынка
Привлечение зарубежных консалтинговых компаний
Участие в международных биомедицинских и биотехнологических
конференциях
4-7 November, 2010 - Marseille, France
ESH-Eurocord-Eurocord-Ed Netcord
WORLD CORD BLOOD CONGRESS
The 1st International Congress on
Controversies in Cryopreservation of Stem Cells,
Reproductive Cells,
Tissue and Organs (CRYO)
Palacio de Congresos, Valencia, Spain, May 27-30,
2010