К. О. Шарипов, д. б. н., профессор, заведующий кафедрой КазНМУ, г. Алматы

Концепция персонализации в медицине (персонализированная медицина) в последнее время стала активно разрабатываться с появлением и развитием омиксных технологий. Однако персональный (индивидуальный) подход в медицине применялся и ранее, например, в переливании крови, трансплантации тканей, клеточной терапии, а также в подборе препаратов для коррекции нарушениия обмена веществ.

В геномной медицине лечение рассматривается как досимптоматическая идентификация предрасположенности к той или иной болезни, выбор фармакотерапии и индивидуальный подбор схем лечения на основе определения генотипа. Генотипирование является важной основой, но в развитии концепции персонализированной медицины используются и другие мультиомные технологии исследований, например, оценка компонентов металлома.

Организм – динамическая полилигандная и полиметаллическая система, для функционирования которой необходимо поддержание металлолигандного гомеостаза, МЛГ. Определение количественных изменений компонентов металлома – продуктов взаимодействия ионных и атомных форм металлов с эндогенными лигандами (нуклеотидами, нуклеозидами, белками, пептидами, аминокислотами, углеводами и др.) – становится реальностью с внедрением новых технологий – метаболомики и метабономики (ВЭЖХ-ЯМР-МС, ИСП-МС, ИСП-АЭС и др.).

Человеческий организм на 99 % состоит из 12 структурных элементов: C, O, H, N, Ca, Mg, Na, K, S, P, F, Cl, и на 1 % из микроэлементов, в том числе 15–19 эссенциальных: Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Ni, V, Se, Mn, As, F, Si, Li, B, Br, Cd, Pb.

В настоящее время установлена роль многих макро- и микроэлементов в процессах роста, дифференцировки, регенерации, апоптоза и некроза клеток, а также в патогенезе ряда заболеваний, что сопровождается значительными изменениями в элементном статусе организма (Авцын, 1991, Оберлис, 2008, Скальный, 2003). Усугубляющее влияние на проявление генотоксического эффекта ряда металлов оказывают как дефицит, так и избыток или дисбаланс ряда эссенциальных микроэлементов.

В течении многих десятилетий ученые многих стран исследовали биомедицинское значение отдельных микроэлементов (Fe, I, Zn, Se, Cu, Co и др.). Однако с появлением высоких мультиомных технологий стало возможным определение десятков химических элементов в одной пробе одновременно. Многоэлементный анализ (волосы, кровь, моча, биоптаты) дал возможность оценить участие каждого исследуемого элемента в той или иной патологии и заболеваниях, а также их синергизм и антагонизм.

Целью исследования стало определение содержания макро-, микроэлементов в волосах жителей РК и, на основе выявления закономерностей их изменения в организме, разработка персонализированной схемы лечения или профилактики для каждого пациента.

Исследование проводилось методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Объектом исследований служили волосы людей в возрасте 18–22 лет. Анализ волос обладает целым рядом следующих преимуществ (по сравнению с анализом биоптата, мочи, крови и т. д.):

  • высокой информативностью;
  • неинвазивностью;
  • легкостью транспортировки, хранения образцов и т. д.

Определение содержания химических элементов в волосах позволяет также комплексно оценивать воздействие эколого-гигиенических и физиологических факторов на организм. Методика характеризуется высокой информативностью, производительностью, чувствительностью и позволяет определять одновременно более 20 химических элементов (Мn, Сr, Cd, Сu, Ti, К, Со, Рb, Li, Zn, Sn, Fe, Ni, Mg, Ca, Si, P, As, Se, Na, Al).

Данные результатов инструментальных исследований по содержанию химических элементов в волосах (элементограмма) были в основном в пределах нормы, а существенные отклонения некоторых элементов носили разнонаправленный характер, как и следовало ожидать. Следует отметить, что содержание кальция, фосфора и калия было выше нормы у 10 %, хрома и натрия у 12 % исследуемых. Более специфичным было отклонение от нормы эссенциальных микроэлементов, таких как кобальт, цинк и медь, в сторону снижения, и кремния в сторону повышения. При этом содержание кобальта было ниже референсных интервалов варьирования почти у трети обследуемых студентов.

Элементограмма волос каждого пациента показывает его индивидуальный элементный статус. Элементный состав волос отражает региональную специфику природных сред, обусловленную в большей степени длительным влиянием техногенных и алиментарных факторов. Незначительным изменениям содержания в волосах кальция, фосфора, калия и натрия не было уделено особого внимания, так как это может быть связано с возрастом, образом жизни, социальным статусом, питанием и обычно кратковременно. Разнонаправленные изменения содержания эссенциальных элементов цинка, меди, хрома и, особенно, существенное снижения уровня кобальта могут привести к определенным орфанным заболеваниям, а также стать тревожным сигналом, требующим комплексного обследования.

Так, например, медь в организме человека влияет на активность более 30 ферментов, стимулирует клеточное дыхание, выработку женских половых гормонов и тироксина. Ионы меди облегчают процесс передачи возбуждения в мозге. При внутриутробной нехватке меди могут развиваться пороки сердца. Существует ряд генетических заболеваний, при которых нарушение обмена меди приводит к поражению мозга, печени, опорно-двигательного аппарата, волос, центральной нервной системы (болезнь Коновалова-Вильсона, болезнь Менкеса, рассеянный склероз). Обмен меди тесно связан с обменом цинка.

Цинк активизирует около 200 различных ферментов. Цинк-дефицитное состояние характеризуется наличием таких симптомов, как снижение аппетита, анемия, аллергия, гиперактивность, дерматит, дефицит массы, снижение остроты зрения, выпадение волос, задержка полового развития у мальчиков, а также хронического алкоголизма.

Повышенное содержание кремния в волосах может указывать на умеренное нарушение водно-солевого обмена, со склонностью к мочекаменной болезни, остеохондрозу, артрозам, болезням почек, волос, ногтей, бронхов и легких.

Кобальт – составная часть витамина B12, недостаток которого наиболее ощутим в кроветворных тканях костного мозга и нервных тканях, а также может привести к дегенеративным изменениям в спинном мозге, анемии Аддисон-Бирмера и задержке развития у детей.

Таким образом, стабильный уровень внутриклеточных металлов является важнейшим фактором клеточного гомеостаза, а индивидуальная элементограмма является динамическим показателем МЛГ и может служить как для донозологической диагностики, так и для последующего планирования персонализированного лечения.

Резюмируя вышеизложенное, можно заключить, что персонифицированный подход к каждому пациенту с использованием мультиомных (геном, металлом, метоболом, метабоном, протеом) и других технологий повышает эффективность лечения, оказывает специфические лечебные воздействия, снижает риск нежелательных побочных эффектов, исключает ошибку назначения неэффективных лекарств, снижает стоимость лечения и развивает профилактическое направление в медицине. Это все в конечном итоге повышает качество жизни и способствует активному долголетию.