Seit Abschluss des Spatenstichs Humangenomprojekt In unserem Verständnis von Biologie, Wissenschaft und menschlichem Körper wurden massive Fortschritte erzielt. Auf genetischer oder zellulärer Ebene wurden viele Entwicklungen vorgenommen, die für die Zukunft enorme Anwendungen haben könnten.
Vom 3D-Druck neuer Organe unter Verwendung von Stammzellen über die Anpassung von Arzneimitteltherapien für Patienten bis hin zur potenziellen Virenbeständigkeit menschlicher Zellen hat das letzte Jahrzehnt bereits bedeutende Früchte getragen. Da sich die Wissenschaft verbessert und unser Verständnis wächst, nächstes Jahrzehnt oder Jahrzehnte könnten die Gesundheitsversorgung für immer verändern.
Die folgenden 11 sind alles andere als erschöpfend und in keiner bestimmten Reihenfolge.
1. 3D-Druck von Organen könnte Organspende überflüssig machen
Eine massive Entwicklung in der Humanbiologie beinhaltet die Verwendung von 3D-Druckern und menschlichen Stammzellen.
3D-Druck entwickelt sich so weit, dass grundlegende Ersatzteile für Menschen gedruckt werden können. Jüngste Entwicklungen von Institutionen wie der Universität Bristol einschließlich der Verwendung einer neuen Art von Bio-Tinte, die in nicht allzu ferner Zukunft die Herstellung komplexer menschlicher Gewebe für chirurgische Implantate ermöglichen könnte.
Die Biotinte besteht aus verschiedenen Inhaltsstoffen auf Polymerbasis. Einer stammt aus Seetang und ist daher ein natürliches Polymer.
Das zweite und letzte ist ein synthetisches Opferpolymer. Jedes dieser Polymere spielt eine andere Rolle in der Biotinte. Die synthetische Komponente ermöglicht es der Biotinte, sich unter den richtigen Bedingungen zu verfestigen, während das erstere zusätzliche strukturelle Unterstützung hinzufügt.
Die Idee hinter dieser Tinte ist es, ein 3D-Druckverfahren für eine Struktur bereitzustellen, die beim Eintauchen in Nährstoffe dauerhaft bleibt und keine in die Struktur eingebrachten Zellen beschädigt.
Osteoblasten Stammzellen, die Knochen bilden und Chondrozyten Stammzellen, die zur Knorpelbildung beitragen können dann in Gegenwart einer nährstoffreichen Umgebung in die 3D-gedruckte Polymerstruktur eingeführt werden, um das endgültige „synthetische“ neue Organ / Struktur zu erzeugen.
Dieser vollständig entwickelte Prozess könnte in Zukunft verwendet werden, um Patientengewebe mit ihren eigenen Stammzellen zu drucken.
Andere Entwicklungen umfassen das Drucken von Nieren und das Potenzial zum Drucken von Haut für Behandlung von Verbrennungen . Könnte dies auch das sein Schlüssel zur Unsterblichkeit ?
2. Spezifisches Drug Targeting könnte zum Ende von Krebs führen
Seit Beginn des menschlichen Genoms wurden viele Forschungsbereiche für Ableger ermöglicht. vor 25 Jahren Eine äußerst wichtige Entwicklung könnte die Herstellung genetisch zugeschnittener Arzneimittel sein - manchmal auch als Pharmakogenetik bezeichnet.
Dies könnte möglicherweise die Entwicklung gezielter Medikamente für beinhalten Behandlung von Krebs anstatt die allgemeineren "One-Size-Fits-All" -Alternativen wie Chemotherapie zu verwenden. Es gibt bereits Unternehmen wie Grundmedizin die ein DNA-Screening auf Krebszellen in Biopsieproben ermöglichen.
Ihre Analyse liefert einen Bericht, in dem die Gene in der DNA des Patienten aufgeführt sind, von denen bekannt ist, dass sie mit Krebs in Verbindung stehen, und Informationen zu "umsetzbaren" Mutationen. Diese umsetzbaren DNA-Sequenzen sind Bereiche, in denen vorhandene Krebsmedikamente entweder existieren oder getestet werden.
Solche Berichte könnten Ärzte und Patienten dazu bringen, bestimmte Medikamente zur Behandlung der besonderen Krebsform des Patienten zu verschreiben.
Die zukünftige Wirksamkeit dieser Art der Behandlung könnte enorme zukünftige Entdeckungen im menschlichen Genom bringen und möglicherweise den Erfolg der Krebsbehandlung garantieren.
3. Angst kann durch Konvertieren von Zellen von einer Form in eine andere verhindert werden
Anfang letzten Jahres wurde bekannt gegeben, dass Forscher möglicherweise einen großen Durchbruch bei der Wundheilung erzielt haben. Sie haben möglicherweise einen Weg gefunden, Gewebe in der Wunde zu „hacken“, um die Haut zu regenerieren, ohne Narbengewebe zu hinterlassen.
Ärzte aus der Perelman School of Medicine, Universität von Pennsylvania, Plikus-Labor für Entwicklungs- und Regenerationsbiologie an der Universität von Kalifornien, Irvine, arbeitete jahrelang zusammen und veröffentlichte ihre Ergebnisse schließlich im Januar 2017.
Sie fanden eine Methode zur Umwandlung von Myofibroblasten eine häufige Heilungszelle in Wunden in Fettzellen - dies wurde einst für unmöglich gehalten. Myofibroblasten sind wichtig für die Heilung, sie sind auch ein kritisches Element bei der Bildung von Narbengewebe.
Narben entstehen normalerweise teilweise durch den Verlust von subkutanen Fettzellen, die als Adipozyten bezeichnet werden. Wenn dann die Myofibroblasten auf irgendeine Weise in Fettzellen umgewandelt werden könnten, wäre die Narbenbildung weniger ausgeprägt, wenn überhaupt sichtbar.
George Cotsarelis der Hauptforscher des Projekts und Vorsitzende der Abteilung für Dermatologie und der Milton Bixler Hartzell-Professor für Dermatologie bei Penn erklären: "Im Wesentlichen können wir die Wundheilung so manipulieren, dass sie eher zur Hautregeneration als zur Narbenbildung führt."
"Das Geheimnis besteht darin, zuerst die Haarfollikel zu regenerieren. Danach regeneriert sich das Fett als Reaktion auf die Signale dieser Follikel." - fuhr George fort.
Die gefundenen Signale schienen eine spezielle Art von Protein zu sein, das als Bone Morphogenetic Protein BMP bezeichnet wurde.
"Typischerweise wurde angenommen, dass Myofibroblasten nicht in der Lage sind, ein anderer Zelltyp zu werden", sagte Cotsarelis. "Unsere Arbeit zeigt jedoch, dass wir diese Zellen beeinflussen können und dass sie effizient und stabil in Adipozyten umgewandelt werden können."- erklärte George.
Diese Forschung kann andere Anwendungen für Krankheiten haben und den Alterungsprozess verlangsamen - insbesondere die Bildung von Falten verhindern.
4. Mitochondriale DNA 'Frühjahrsputz' könnte Alterung verhindern
Forscher entdeckten kürzlich eine Methode zur Manipulation der DNA alternder Zellen im menschlichen Körper. Die Wissenschaftler von Caltech und UCLA konnten eine Technik entwickeln, um an den Kraftwerken der Zelle zu basteln - Mitochondrien .
Altern im menschlichen Körper ist teilweise eine Folge einer Zusammenstellung von Kopierfehlern in unserer DNA im Laufe der Zeit. Diese schlechte DNA-Kopierung führt zu einer Verkürzung der Telomere und anderen Mutationen.
Mitochondrien sind einige der schlimmsten Schuldigen in der menschlichen Zelle - obwohl mitochondriale DNA abb. MtDNA ist vom Hauptkern der Zelle getrennt.
Jede Zelle enthält Hunderte von Mitochondrien und jedes Mitochondrion trägt sein eigenes Paket an mtDNA. MtDNA neigt dazu, sich im Laufe der Zeit in der Zelle aufzubauen und fällt grob in zwei Typen: normale mtDNA und mutierte mtDNA.
Wenn sich letztere bis zu einer bestimmten Konzentration in der Zelle aufbaut, funktioniert sie nicht mehr richtig und stirbt ab.
"Wir wissen, dass erhöhte Raten der mtDNA-Mutation vorzeitiges Altern verursachen" erklärt Bruce Hay , Caltech-Professor für Biologie und Biotechnik. "Dies, zusammen mit der Tatsache, dass sich mutierte mtDNA in Schlüsselgeweben wie Neuronen und Muskeln ansammelt, die mit zunehmendem Alter ihre Funktion verlieren, legt nahe, dass wir die Menge an mutierter mtDNA reduzieren könntenkönnte wichtige Aspekte des Alterns verlangsamen oder umkehren. "
Das Team konnte einen Weg finden, mutierte mtDNA vollständig aus den Mitochondrien zu entfernen und so die Probleme zu vermeiden, die durch akkumulierte mtDNA-Spiegel in der Zelle entstehen.
Mutante mtDNA wurde auch mit degenerativen Erkrankungen wie in Verbindung gebracht. Alzheimer, altersbedingter Muskelverlust und Parkinson. Vererbte mtDNA könnte ebenfalls einen Beitrag zur Entwicklung von Autismus leisten.
5. Das 79. Organ des menschlichen Körpers wurde 2017 entdeckt
Anfang 2017 haben Wissenschaftler offiziell ein neues Organ hinzugefügt Gray's Anatomy Die Orgel war buchstäblich jahrhundertelang in Sichtweite verborgen.
Das neue Organ, das Mesenterium genannt wird, ist jetzt offiziell das 79. Organ des menschlichen Körpers. Der Organname bedeutet übersetzt "in der Mitte des Darms" und ist eine doppelte Falte im Peritoneum oder der Auskleidung der Bauchhöhle, die den Darm an der Bauchdecke befestigt.
Das Mesenterium war ursprünglich dachte, es sei eine fragmentierte Struktur, die Teil des Verdauungssystems sei. Sie entdeckten jedoch, dass es sich um ein kontinuierliches Organ handelt.
Es wurde zuerst von J. Calvin Coffey Professor an der Universität von Limerick identifiziert, der seine Ergebnisse in veröffentlichte. The Lancet kurz danach. So aufregend diese Entwicklung auch ist, die Funktion der neuen Orgel ist immer noch ein Rätsel.
"Wenn wir uns ihm wie jedem anderen Organ nähern ... können wir Bauchkrankheiten anhand dieses Organs kategorisieren", erklärte Coffey.
„Wir haben die Anatomie und die Struktur festgelegt. Der nächste Schritt ist die Funktion“ Coffey erweitert . "Wenn Sie die Funktion verstehen, können Sie abnormale Funktionen identifizieren, und dann haben Sie die Krankheit. Setzen Sie sie alle zusammen und Sie haben das Gebiet der Mesenterialwissenschaft ... die Grundlage für ein ganz neues Gebiet der Wissenschaft."
Da es jetzt als offizielles Organ eingestuft ist, müssen die Forscher damit beginnen, seine tatsächliche Rolle im Körper zu untersuchen. Wenn mehr Verständnis dafür gewonnen wird, kann dies dazu führen, dass Chirurgen weniger invasive Operationen durchführen.
T Dies könnte Komplikationen reduzieren, die Erholungsphase beschleunigen und sogar die Kosten senken.
6. Forscher fanden einen neuen Typ von Gehirnzellen
Anfang dieses Jahres Forscher veröffentlichte einen Bericht in "Current Biology", dass der menschliche mediale Temporallappen MTL einen neuen Zelltyp enthält, der beim Menschen noch nie zuvor gesehen wurde - sogenannte Zielzellen.
Das Team unter der Leitung von Shuo Wang , Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen und Biomedizintechnik an West Virginia University entdeckte die neuen Zellen bei Beobachtungen an Epilepsiepatienten. Sie konnten Augenbewegungen und Einzelneuronenaktivität in der MTL und den medialen vorderen Kortexen von Patienten aufzeichnen.
„Während [einer] zielgerichteten visuellen Suche signalisieren diese Zielzellen, ob das aktuell fixierte Objekt das Ziel der aktuellen Suche ist“, erklärte Wang. „Dieses Zielsignal war verhaltensrelevant, da es vorhersagte, ob ein Subjekt erkannt oder verfehlt wurdeein fixiertes Ziel, dh die Suche konnte nicht abgebrochen werden. "
Ihre Ergebnisse zeigten, dass diese Zellen sich wenig um den Inhalt des Ziels kümmerten. Sie schienen sich nur darauf zu konzentrieren, ob sie ein Ziel waren, nach dem gesucht werden sollte oder nicht.
„Diese Art der Reaktion unterscheidet sich grundlegend von der in stromaufwärts gelegenen Bereichen der MTL beobachteten Reaktion, dh dem unteren temporalen Kortex, in dem die Zellen visuell abgestimmt sind und nur durch Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Ziels zusätzlich zu dieser visuellen Abstimmung moduliert werden“, sagte Wang"Die Entdeckung dieses neuartigen Zelltyps in der MTL beim Menschen zeigt direkte Hinweise auf ein spezifisches Top-Down-Zielrelevanzsignal in der MTL."
7. Vollständige Genomsequenzierung könnte zur Routine werden
Die routinemäßige Genomsequenzierung im Rahmen der routinemäßigen klinischen Versorgung könnte in nicht allzu ferner Zukunft zur Standardpraxis werden. In 2011, Forscher am Medical College of Wisconsin hatte Schritte unternommen, um einen Prozess zur Sequenzierung des gesamten Genoms voranzutreiben, von dem sie hofften, dass er Standardpraxis macht.
Ziel war es, Kinder auf seltene Erbkrankheiten zu testen, die mit traditionelleren Methoden nur sehr schwer zu diagnostizieren sind. Diese Art von Diagnosewerkzeug hat bereits seit Abschluss des Spatenstichs einen langen Weg zurückgelegt. Humangenomprojekt .
Die Kosten für die Sequenzierung des gesamten Genoms eines Patienten betragen jetzt ungefähr die gleichen Kosten wie für die Sequenzierung einiger weniger Gene über kommerzielle diagnostische Tests. Zurück in 2011 es hatte bereits begonnen, Vorteile zu erzielen, indem es in der Lage war, bestimmte genetische Mutationen zu lokalisieren, die einer Reihe seltener und schwer zu diagnostizierender Krankheiten zugrunde liegen.
In einigen Fällen konnten auch lebensrettende Behandlungen durchgeführt werden.
Natürlich ist die Sequenzierung der gesamten DNA einer Person der einfache Teil - der schwierige Teil besteht darin, herauszufinden, was die Sequenz bedeutet. Das Team entwickelte eine eigene Software, um die Sequenz zu durchsuchen, interessierende Mutationen zu kennzeichnen und genetische Datenbanken nach Übereinstimmungen zu durchsuchen.
Das Team sorgte für Aufsehen Dezember 2010 als sie nach 100 chirurgischen Eingriffen und dreijähriger Behandlung die Ursache für die schlechte Gesundheit eines Kindes identifizieren konnten. Dies stellte sich heraus. Es stellte sich heraus, dass das X-Chromosom des Jungen eine Mutation aufwies, die mit einer interessierenden Immunerkrankung in Verbindung gebracht wurde.
Dies war so selten, dass angenommen wird, dass es einzigartig war und zu diesem Zeitpunkt bei keinem anderen Tier oder Menschen gefunden wurde. Mit diesen Informationen konnten Ärzte eine Kernbluttransplantation durchführen, und acht Monate später war der Junge nicht mehr dadas Krankenhaus und gedeihen.
Diese Technik wird wahrscheinlich in Zukunft zur Routine und wird wahrscheinlich von vielen gefordert werden. Krankenversicherer in nicht allzu ferner Zukunft.
8. CRISPR-Cas9 war ein Game-Changer in der humanbiologischen Forschung
CRISPR oder Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, wurden zuerst in Archaea und später in Bakterien von entdeckt Fransiciso Mojica von der Universität von Alicante in Spanien im Jahr 2007. Experimentelle Beobachtungen ermöglichten es ihm festzustellen, dass diese genetischen Materialien ein wesentlicher Bestandteil der Abwehrmechanismen der Elternzellen waren, um eindringende Viren abzuwehren.
CRISPR sind Teile des genetischen Codes, die durch "Spacer" -Sequenzen unterbrochen werden, die wie das Immungedächtnis der Zelle aus früheren "Infektionen" wirken. Archaeen und Bakterien verwenden CRISPRs, um Eindringlinge in einem als Bakteriophagen bezeichneten Prozess zu erkennen und abzuwehrenZukunft.
CRISPR wurde in den gemeinfreien Bereich katapultiert 2013 Zhang Lab konnte die erste Bearbeitung eines Genoms bei Säugetieren mit CRISPR-Cas9 CRISPR-assoziiertes Protein 9 nachweisen.
Dieses erfolgreiche Experiment zeigte, dass CRISPR verwendet werden kann, um bestimmte Teile des genetischen Codes eines Tieres anzuvisieren und die DNA in situ zu bearbeiten.
CRISPR könnte für die Zukunft der menschlichen Biologie unglaublich wichtig sein, indem Gene in lebenden Zellen permanent modifiziert werden, um zukünftige potenzielle Mutationen zu korrigieren und die Ursachen von Krankheiten zu behandeln.
Das ist aber beeindruckend genug CRISPR-Technologie wird ständig weiterentwickelt und verbessert.
Viele Branchenexperten glauben, dass CRISPR-Cas9 eine glänzende Zukunft hat. Es wird wahrscheinlich ein wichtiges diagnostisches und korrigierendes Instrument auf dem Gebiet der Humanbiologie werden und könnte zur Behandlung von Krebs und seltenen Krankheiten wie Mukoviszidose eingesetzt werden.
9. CAR-T-Zell-Immuntherapie könnte das Ende des Weges für Krebs sein
CAR T-Zell-Immuntherapie ist eine mögliche Entwicklung in der Forschung, die die Krebsgefahr für uns alle beenden könnte.
Die Immuntherapie hat sich in den letzten Jahren stark entwickelt und verspricht, die angeborenen Abwehrsysteme des Patienten für die Bekämpfung und den Angriff auf Tumoren zu gewinnen und zu stärken. Diese Behandlungsform wird als "" bezeichnet. fünfte Säule "der Krebsbehandlung .
T-Zellen patrouillieren in einem gesunden Immunsystem unermüdlich auf der Suche nach fremden Eindringlingen wie Bakterien und Viren. Leider sind sie gegen Krebszellen unwirksam, da sie sich schließlich vor dem Körper "verstecken" könnenImmunsystem - außer Kontrolle geratene native Zellen.
Wenn Wissenschaftler am natürlichen Abwehrsystem des Körpers basteln könnten, um Krebszellen als fremde Eindringlinge zu identifizieren, könnte dies eine Möglichkeit bieten, sie automatisch zu suchen und zu zerstören. Dies ist der versprochene „heilige Gral“ der T-Zell-Immuntherapie.
Die CAR-T-Zelltherapie fällt unter den Begriff des adoptiven Zelltransfers ACT, der weiter in verschiedene Typen unterteilt werden kann von denen CARs eine sind. Die CAR-T-Zelltherapie ist jedoch den anderen in den Ligen weit vorausFortschritt bis heute.
Einige CAR-T-Zelltherapien wurden sogar von der zugelassen FDA im Jahr 2017 . Ein solches Beispiel ist die Behandlung von Akute lymphoblastische Leukämie ALLE mit der Technik.
Aber bevor wir uns von seinem Potenzial für die Zukunft mitreißen lassen, steckt es noch in den Kinderschuhen.
Steven Rosenberg, MD, Ph.D., Chef der Chirurgie im NCI-Zentrum für Krebsforschung CCR besteht jedoch große Hoffnung auf die Therapie.
"In den nächsten Jahren", sagte er, "werden wir dramatische Fortschritte sehen und die Grenzen dessen verschieben, was viele Menschen mit diesen adoptiven zelltransferbasierten Behandlungen für möglich hielten."
10. Die Gene, die die Nasenform bestimmen, wurden identifiziert
Zurück in 2016, Forscher an der University College London konnten erstmals vier Gene identifizieren, die die Form menschlicher Nasen bestimmen. Das Team konzentrierte sich auf die Breite und Spitze von Nasen, die bei Menschen sehr unterschiedlich sind.
Durch Forschung an über 6.000 Menschen in Lateinamerika konnten sie die Gene identifizieren, die die Nasen- und Kinnform bestimmten.
Laut ihrem Bericht :
"GLI3, DCHS2 und PAX1 sind alle Gene, von denen bekannt ist, dass sie das Knorpelwachstum antreiben - GLI3 gab das stärkste Signal zur Kontrolle der Nasenlochbreite, DCHS2 kontrollierte die Nasenspitze und PAX1 beeinflusst auch die Nasenlochbreite. RUNX2, das das Knochenwachstum antreibtgesehen, um die Breite der Nasenbrücke zu kontrollieren. " -Sci News
Diese Forschung könnte zukünftige Anwendungen bei der Identifizierung von Geburtsfehlern bei Kindern finden und könnte für forensische Studien mit „kalten Fällen“ sehr nützlich sein.
11. Jüngste Entwicklungen in der Humanbiologie könnten uns zum Virenschutz machen
Neueste Forschungen von wissenschaftlichen Gruppen wie der Genomprojekt-Schreiben GP-Schreiben plant, menschliche Zellen "virussicher" zu machen. Sie planen auch, Zellen gegen Gefrieren, Strahlung, Alterung und, ja, Sie haben es erraten, gegen Krebs resistent zu machen.
Das ultimative Ziel ist es, "Superzellen" herzustellen, die bei Erfolg enorme Auswirkungen auf die menschliche Biologie und die Gesellschaft insgesamt haben.
Jef Boeke, Direktor des Instituts für Systemgenetik und des NYU Langone Medical Center kürzlich gesagt : „Es gibt sehr starke Gründe zu der Annahme, dass wir Zellen produzieren können, die gegen alle bekannten Viren vollständig resistent sind.“
"Es sollte auch möglich sein, andere Merkmale zu entwickeln, einschließlich Resistenz gegen Prionen und Krebs.", Erweiterte er.
So ehrgeizig das auch klingen mag, sie haben tatsächlich größere Pläne, hoffentlich eines Tages das menschliche Genom im Labor vollständig zu synthetisieren.
Ihre Ziele werden mithilfe eines Prozesses erreicht, der als DNA-Rekodierung bezeichnet wird. Dieser Prozess verhindert, dass Viren menschliche Zellen ausnutzen und als Virusfabriken umprogrammiert werden.
"Das gesamte GP-Schreibprojekt konzentriert sich auf das Schreiben, Bearbeiten und Bauen großer Genome. Wir werden eine Fülle von Informationen generieren, die die Sequenz der Nukleotidbasen in der DNA mit ihren physiologischen Eigenschaften und ihrem funktionellen Verhalten verbinden und die Entwicklung sicherer und weniger ermöglichenkostspielige und effektivere Therapeutika und ein breites Anwendungsspektrum in anderen Bereichen wie Energie, Landwirtschaft, Gesundheitswesen, Chemie und Biosanierung “ erklärte Boeke.
Wenn ihre Forschung erfolgreich ist, könnten wir das menschliche Genom nach Belieben und viel schneller als die Evolution basteln und verfeinern. Die Möglichkeiten und Gefahren wären für die Menschheit enorm.
