የ2019 የኖቤል ሽልማት በፊዚዮሎጂ ወይም በህክምና ሦስቱ አሸናፊዎች፣ ዊልያም ጂ ኬሊን፣ ጁኒየር፣ ግሬግ ኤል ሴሜንዛ እና ሰር ፒተር ጄ ራትክሊፍ ህዋሶች እንዴት እንደሚገነዘቡ እና እንደሚላመዱ በሚለው ስራቸው የ2016 Lasker ሽልማትን በመሰረታዊ ህክምና አሸንፈዋል። ወደ ሃይፖክሲያ, ስለዚህ በተለይ የሚያስደንቅ አልነበረም. ቁልፍ ሞለኪውል hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) ፈልገው ለይተው አውቀዋል። ዛሬ ወደ ጥናቱ አመጣጥ መመለስ እንፈልጋለን, እሱም erythropoietin, ወይም EPO, ተአምር ሞለኪውል.

በቀይ የደም ሴሎች ምርት ውስጥ በጣም አስፈላጊው ነገር ነው።

ቀይ የደም ሴሎች በደም ውስጥ በብዛት በብዛት የሚገኙ የደም ሴሎች ሲሆኑ ኦክሲጅንና ካርቦን ዳይኦክሳይድን በአከርካሪ አጥንቶች ደም ለማጓጓዝ ዋና መንገዶች ናቸው። Erythrocytes የሚመነጩት በአጥንት መቅኒ ውስጥ ነው፡- የሂሞቶፖይቲክ ስቴም ሴሎች መጀመሪያ ይባዛሉ እና ወደ ተለያዩ የደም ሴሎች ቅድመ አያቶች ይለያያሉ። በተለመደው ሁኔታ ውስጥ, የሰው ልጅ ኤሪትሮክሳይት የማምረት መጠን በጣም ዝቅተኛ ነው, ነገር ግን እንደ ደም መፍሰስ, ሄሞሊሲስ እና ሃይፖክሲያ ባሉ ውጥረት ውስጥ, የ erythrocyte ምርት መጠን እስከ ስምንት እጥፍ ሊጨምር ይችላል. በዚህ ሂደት ውስጥ erythropoietin EPO በጣም አስፈላጊ ከሆኑት ነገሮች አንዱ ነው.

EPO በዋናነት በኩላሊት ውስጥ የተዋሃደ ሆርሞን ነው። የኬሚካላዊ ባህሪው በጣም glycosylated ፕሮቲን ነው. ለምን በኩላሊት ውስጥ? በየደቂቃው አንድ ሊትር ያህል ደም በኩላሊቶች ውስጥ ስለሚፈስ በፍጥነት እና በተቀላጠፈ በደም ውስጥ ያለውን የኦክስጂን መጠን ለውጥ ማወቅ ይችላሉ። በደም ውስጥ ያለው የኦክስጅን መጠን ዝቅተኛ ሲሆን ኩላሊቶቹ በፍጥነት ምላሽ ይሰጣሉ እና ከፍተኛ መጠን ያለው EPO ያመነጫሉ. የኋለኛው ደግሞ በደም ውስጥ በደም ውስጥ ወደ አጥንት መቅኒ ይሰራጫል, እሱም የ erythroid progenitor ሴሎችን ወደ ቀይ የደም ሴሎች መለወጥን ያበረታታል. የበሰሉ ቀይ የደም ሴሎች ከአጥንት መቅኒ ወደ የደም ዝውውር ሥርዓት ይለቀቃሉ ይህም የሰውነትን ከኦክሲጅን ጋር የመተሳሰር ችሎታን ያሻሽላል። ኩላሊቶቹ በደም ውስጥ ያለው የኦክስጅን መጠን መጨመሩን ሲያውቁ የኢፒኦ ምርትን ይቀንሳሉ, ይህ ደግሞ በአጥንት መቅኒ ውስጥ ያለውን የቀይ የደም ሴሎች መጠን ይቀንሳል.

ይህ ፍጹም የማስተካከያ ዑደት ያደርገዋል። ይሁን እንጂ በከፍተኛ ከፍታ ላይ የሚኖሩ ሰዎች እና አንዳንድ የደም ማነስ በሽተኞች ያለማቋረጥ ዝቅተኛ የደም ኦክስጅን ሁኔታ ያጋጥማቸዋል, ይህም ከላይ ያለውን የደም ዝውውር ማጠናቀቅ ስለማይችል እና ኩላሊቱ ያለማቋረጥ EPO እንዲለቀቅ ስለሚያደርግ የደም EPO ትኩረት ከተራ ሰዎች ከፍ ያለ ነው.

እሱን ለማግኘት ወደ 80 ዓመታት ገደማ ፈጅቷል።

ልክ እንደ ብዙ ዋና ዋና ግኝቶች፣ ሳይንቲስቶች ስለ ኢፒኦ ያላቸው ግንዛቤ በመንገዱ ላይ ጥያቄዎች እና ተግዳሮቶች ያሉበት ጉዞ ቀላል አልነበረም። ከኢፒኦ ጽንሰ-ሀሳብ አንስቶ የተወሰነውን ሞለኪውል እስከመጨረሻው ለመወሰን ወደ 80 ዓመታት ገደማ ፈጅቷል።

እ.ኤ.አ. በ 1906 የፈረንሣይ ሳይንቲስቶች ካርኖት እና ዴፍላንደር መደበኛ ጥንቸሎችን የደም ማነስ ጥንቸሎች ሴረም በመርፌ በመደበኛ ጥንቸሎች ፕላዝማ ውስጥ ያለው የቀይ የደም ሴሎች ብዛት ጨምሯል ። በፕላዝማ ውስጥ ያሉ አንዳንድ አስቂኝ ነገሮች ቀይ የደም ሴሎችን ለማምረት እና ለመቆጣጠር እንደሚችሉ ያምኑ ነበር. ይህ የመጀመሪያው የEPO ጽንሰ-ሐሳብ ምሳሌ ነበር። እንደ አለመታደል ሆኖ ውጤቶቹ በሚቀጥሉት አስርት ዓመታት ውስጥ አልተደገሙም ፣ ምክንያቱም በዋነኝነት የቀይ የደም ሴሎች ብዛት ትክክለኛ ስላልነበረ ነው።

በ1950 የሬይስማን እና የሩሄንስትሮት-ባወር ፓራባዮሲስ ሙከራ ጠንካራ ማስረጃዎችን አቅርቧል። በቀዶ ጥገና የሁለት ህይወት ያላቸው አይጦችን የደም ዝውውር ስርአቶችን በማገናኘት አንዱን ሃይፖክሲክ በሆነ አካባቢ ውስጥ በማስቀመጥ ሁለተኛው ደግሞ መደበኛ አየር ይተነፍሳል። በዚህ ምክንያት ሁለቱም አይጦች ከፍተኛ መጠን ያለው ቀይ የደም ሴሎችን አምርተዋል። በደም ውስጥ ቀይ የደም ሴሎች እንዲመረቱ የሚያበረታታ ሆርሞን እንዳለ ምንም ጥርጥር የለውም, ስሙም ኢ.ፒ.ኦ. በሌላ በኩል፣ EPO ለሃይፖክሲያ በጣም ስሜታዊ ነው።

EPO ምን ዓይነት ሞለኪውል ነው? አሜሪካዊው ሳይንቲስት ጎልድዋሰር ችግሩን በባዮኬሚካል ደረጃ ለማብራራት 30 ዓመታት ፈጅቶበታል። አንድ ሠራተኛ ጥሩ ሥራ መሥራት ከፈለገ በመጀመሪያ መሣሪያዎቹን ማሳል አለበት። የ EPO ተግባር አዲስ ቀይ የደም ሴሎችን ማነቃቃት ነው, ግንየኋለኛው ቆጠራ ትክክለኛ አይደለም. በቀይ የደም ሴሎች ውስጥ በጣም አስፈላጊው ተግባራዊ ሞለኪውል ሄሞግሎቢን የያዘው ሄሜ ሲሆን በውስጡም መሃል ላይ የብረት ion ይዟል. ስለዚህ የጎልድዋሰር ቡድን አዲስ የተወለዱ ቀይ የደም ሴሎችን በራዲዮአክቲቭ ብረት አይሶቶፖች ሰይሞ የኢፒኦ እንቅስቃሴን ለመለየት ሚስጥራዊነት ያለው ዘዴ ፈጠረ። ይህ በጣም ዝቅተኛ የ EPO (nanograms per milliliter) ከእንስሳት ፈሳሽ ናሙናዎች ለመለየት እና ለማጽዳት ያስችላል። ግን የኢፒኦን ማግለል እጅግ በጣም ከባድ ነበር። ከኩላሊት ወደ ደም ማነስ በግ ፕላዝማ፣በሺህትዎርም ኢንፌክሽን ምክንያት ከፍተኛ የብረት እጥረት ባለባቸው ታማሚዎች ሽንት፣በመጨረሻም በ1977 8ሚሊግራም የሰው ኢፒኦ ፕሮቲን ከጃፓን አፕላስቲክ የደም ማነስ ችግር ካለባቸው 2550 ሊትር ሽንት አፀዱ።

እ.ኤ.አ. በ 1985 የሰው ኢፒኦ የፕሮቲን ቅደም ተከተል እና የጂን ክሎኒንግ ተጠናቅቋል። የ EPO ጂን በ193 አሚኖ ቅሪቶች ፖሊፔፕታይድ ይደብቃል፣ ይህ በምስጢር ወቅት ምልክቱ ከተቆረጠ በኋላ በ166 አሚኖ አሲድ ቅሪቶች የተዋቀረ የበሰለ ፕሮቲን ይሆናል፣ እና ለግላይኮሲሌሽን ማስተካከያ 4 ቦታዎችን ይይዛል። እ.ኤ.አ. በ 1998 የኢፒኦ የኤንኤምአር መፍትሄ አወቃቀር እና የኢፒኦ ክሪስታል መዋቅር እና ተቀባይ ውስብስቡ ተተነተነ። በዚህ ጊዜ፣ ሰዎች ስለ ኢፒኦ በጣም የሚታወቅ ግንዛቤ አላቸው።

እስካሁን ድረስ የደም ማነስ ሕክምና የቀይ የደም ሴሎችን እጥረት ለመሙላት ደም መውሰድ ያስፈልገዋል። ሰዎች ስለ ኢፒኦ የበለጠ ሲያውቁ ቀይ የደም ሴሎችን በራሳቸው አጥንት መቅኒ ውስጥ እንዲመረቱ በመርፌ መወጋት ችግሩን ቀላል አድርጎታል። ነገር ግን ጎልድዋሰር እንዳደረገው ኢፒኦን በቀጥታ ከሰውነት ፈሳሾች ማጽዳት ከባድ ነው እና ምርቱ ዝቅተኛ ነው። የ EPO ፕሮቲን እና የጂን ቅደም ተከተል መወሰኑ recombinant human EPO በብዛት ለማምረት አስችሏል።

የተከናወነው አፕላይድ ሞለኪውላር ጀነቲክስ (አምገን) በተባለ የባዮቴክኖሎጂ ኩባንያ ነው። አምገን የተመሰረተው እ.ኤ.አ. በ 1980 በሰባት አባላት ብቻ ባዮፋርማሴዩቲካልስ በወቅቱ ብቅ ባሉት የሞለኪውላር ባዮሎጂ ቴክኒኮችን ለመስራት ተስፋ በማድረግ ነው። ኢንተርፌሮን፣ የእድገት ሆርሞን መልቀቂያ ምክንያት፣ የሄፐታይተስ ቢ ክትባት፣ የ epidermal እድገት መንስኤ በዒላማቸው ዝርዝር ውስጥ ካሉት ትኩስ ስሞች መካከል አንዱ ቢሆኑም ከእነዚህ ሙከራዎች ውስጥ አንዳቸውም አልተሳኩም። እስከ 1985 ድረስ የታይዋን ቻይናዊው ቻይናዊ ሳይንቲስት ሊን ፉኩን የሰውን ኢፒኦ ዘረመል ከለበሰ በኋላ የዲኤንኤ መልሶ ማዋሃድ ቴክኖሎጂን በመጠቀም ሰው ሰራሽ ኢፒኦ መስራቱን ተገነዘበ።

Recombinant Human EPO እንደ ውስጣዊ EPO ፕሮቲን ተመሳሳይ ቅደም ተከተል አለው, እና እንዲሁም ተመሳሳይ የ glycosylation ማሻሻያ አለው. በተፈጥሮ፣ recombinant human EPO እንዲሁ ውስጣዊ EPO እንቅስቃሴ አለው። በሰኔ 1989 የአምገን የመጀመሪያ ምርት፣ recombinant human erythropoietin Epogen፣ በዩኤስ ኤፍዲኤ ለከባድ የኩላሊት ውድቀት እና ለኤችአይቪ ኢንፌክሽን ሕክምና የደም ማነስ ሕክምና ፈቃድ ተሰጠው። የኢፖገን ሽያጩ በሦስት ወራት ውስጥ 16 ሚሊዮን ዶላር ከፍ ብሏል። በሚቀጥሉት ሁለት አስርት ዓመታት ውስጥ፣ Amgen በድጋሚ ለተሰበሰበ የሰው ልጅ EPO ገበያውን ተቆጣጠረ። ኤፖገን በ2010 ብቻ 2.5 ቢሊዮን ዶላር ገቢ አምገን አምጥቷል። እ.ኤ.አ. በ 2018 የአምገን የአክሲዮን ገበያ ዋጋ 128.8 ቢሊዮን ዶላር ነበር ፣ ይህም በዓለም ላይ ስምንተኛው ትልቁ የመድኃኒት አምራች ኩባንያ ነው።

አምገን በመጀመሪያ ከጎልድዋሰር ጋር በመተባበር የተጣራ የሰው ኢፒኦ ፕሮቲኖችን በቅደም ተከተል አቅርቧል፣ነገር ግን ጎልድዋሰር እና አምገን በአመለካከት ልዩነት ምክንያት ብዙም ሳይቆይ ወደቁ። ጎልድዋሰር እና የቺካጎ ዩንቨርስቲው፣ መሰረታዊ ምርምር ያደረጉ፣ ያገኙትን ሆርሞን የፈጠራ ባለቤትነት መብት ለመስጠት አስቦ አያውቁም፣ እናም ለኢፒኦ ትልቅ የንግድ ስኬት አንድ ሳንቲም አላገኙም።

እሱ -- እንዴት የሚያነቃቃ ነው።

በምንተነፍስበት ጊዜ ኦክስጅን ወደ ሴሎች ሚቶኮንድሪያ በመግባት የመተንፈሻ ሰንሰለትን ለመንዳት እና በሰውነታችን ውስጥ ዋነኛው የኃይል ምንጭ የሆነውን ATP በብዛት ያመነጫል። የደም ማነስ ችግር ያለባቸው ሰዎች በቂ ጤነኛ ቀይ የደም ሴሎች የላቸውም፣ እና በጣም ፈጣን ውጤታቸው በቂ ኦክስጅንን ባለማግኘታቸው ነው፣ ይህም የድካም ስሜት እንዲሰማቸው ያደርጋል፣ ይህም በረዥም ጊዜ ውስጥ ከአተነፋፈስ ችግር ጋር ይመሳሰላል። በ recombinant human EPO ሲወጋ፣ የደም ማነስ ሕመምተኞች አካል ብዙ ቀይ የደም ሴሎችን ያመነጫል።ብዙ ኦክሲጅን ተሸክመው፣ እና ብዙ የኢነርጂ ሞለኪውል ኤቲፒ በማምረት ምልክቶችን ውጤታማ በሆነ መንገድ ያስወግዳል።

ሆኖም፣ አንዳንድ የስፖርት ሰራተኞች ስለሰው ልጅ ኢ.ፒ.ኦ (Recombinant Human EPO) ማሰብ ጀምረዋል። የ EPO አይነት አርቲፊሻል recombinant ሆርሞን አትሌቶች አካል ብዙ ቀይ የደም ሕዋሳት እንዲያፈራ ለማነቃቃት ጥቅም ላይ ከዋለ, አትሌቶች ኦክስጅን ለማግኘት እና የኃይል ሞለኪውሎች የማምረት ችሎታ ማሻሻል ይቻላል, ይህም ደግሞ ጽናት ውስጥ አትሌቶች አፈጻጸም ለማሻሻል ይችላሉ. እንደ ብስክሌት፣ የረጅም ርቀት ሩጫ እና አገር አቋራጭ ስኪንግ ያሉ ዝግጅቶች። በ1980 በጆርናል ኦቭ አፕላይድ ፊዚዮሎጂ ላይ የወጣ ወረቀት ደም አነቃቂዎች (erythropoietin፣ አርቲፊሻል ኦክሲጅን ተሸካሚዎችና ደም መውሰድ) ጽናትን በ34 በመቶ እንደሚጨምር አሳይቷል። አትሌቶች EPO የሚጠቀሙ ከሆነ በትሬድሚል ላይ 8 ኪሎ ሜትር መሮጥ የሚችሉት ከበፊቱ በ44 ሰከንድ ያነሰ ጊዜ ነው። በእርግጥ የብስክሌት እና የማራቶን ውድድር ለኢፒኦ አበረታች ወንጀሎች እጅግ የከፋ ነው። እ.ኤ.አ. በ 1998 በቱር ደ ፍራንስ ወቅት የፌስቲና ቡድን የስፔን ቡድን ዶክተር በፈረንሳይ ድንበር ላይ 400 ጠርሙሶች አርቲፊሻል ሪኮምቢንታል ኢ.ፒ.ኦ. ውጤቱ በእርግጥ ቡድኑ በሙሉ ከቱሪዝም ተባረረ እና ታግዷል።

የአለም አቀፉ ኦሊምፒክ ኮሚቴ በ1992 የባርሴሎና ጨዋታዎች ላይ ኢፒኦን ከታገደው ዝርዝር ውስጥ ጨምሯል ፣ነገር ግን የሰው ልጅ ኢፒኦ ምርመራን እንደገና ማደራጀት በጣም ከባድ ስለነበር ከ2000 ጨዋታዎች በፊት አትሌቶች እየተጠቀሙበት እንደሆነ በትክክል ለማወቅ የሚያስችል መንገድ አልነበረም። በርካታ ምክንያቶች አሉ: 1) በሰውነት ፈሳሽ ውስጥ EPO ይዘት በጣም ዝቅተኛ ነው, እና መደበኛ ሰዎች ውስጥ EPO በአንድ ሚሊ ሊትር ደም ስለ 130-230 nanograms ነው; 2) ሰው ሰራሽ recombinant EPO ያለው አሚኖ አሲድ ጥንቅር የሰው endogenous EPO ፕሮቲን ጋር በትክክል ተመሳሳይ ነው, ብቻ glycosylation መልክ በጣም ትንሽ የተለየ ነው; 3) በደም ውስጥ ያለው የ EPO ግማሽ ህይወት ከ5-6 ሰአታት ብቻ ነው, እና ከመጨረሻው መርፌ በኋላ ከ4-7 ቀናት ውስጥ በአጠቃላይ ሊታወቅ የማይቻል ነው; 4) የግለሰባዊ EPO ደረጃ በጣም የተለየ ነው, ስለዚህ ፍፁም የመጠን ደረጃን ማዘጋጀት አስቸጋሪ ነው.

ከ2000 ጀምሮ WADA የሽንት ምርመራን እንደ ብቸኛው ሳይንሳዊ የማረጋገጫ ዘዴ recombinant EPOን በቀጥታ ለማወቅ ተጠቅሞበታል። በሰው ሰራሽ recombinant EPO እና በሰው ኢፒኦ መካከል ባለው glycoylated ቅርፅ መካከል ባለው ትንሽ ልዩነት የተነሳ የሁለቱ ሞለኪውሎች ክስ ባህሪዎች በጣም ትንሽ ናቸው እና በኤሌክትሮፊዮራይዝስ ዘዴ ተለይተው ይታወቃሉ ፣ ይህ ደግሞ ዋና ስትራቴጂ ነው isoelectric ሰው ሰራሽ recombinant EPO በቀጥታ ማግኘት. ነገር ግን፣ በሰዎች የተፈጠሩ ህዋሶች የሚገለጹት አንዳንድ ድጋሚ-መዋሃድ EPO በግላይኮሲሌሽን ላይ ምንም ልዩነት አላሳዩም ፣ ስለሆነም አንዳንድ ባለሙያዎች ውጫዊ EPO እና ውስጣዊ EPO በተለያየ የካርቦን ኢሶቶፕ ይዘት መለየት እንዳለባቸው ጠቁመዋል።

እንደ እውነቱ ከሆነ, ለ EPO በተለያዩ የሙከራ ዘዴዎች ውስጥ አሁንም ገደቦች አሉ. ለምሳሌ አሜሪካዊው የብስክሌት አፈ ታሪክ ላንስ አርምስትሮንግ በሰባት የቱር ደ ፍራንስ ድሎች ወቅት ኢፒኦ እና ሌሎች አበረታች ንጥረ ነገሮችን መወሰዱን አምኗል፣ ነገር ግን በወቅቱ በማንኛውም የዶፒንግ ምርመራ ለኢፒኦ አዎንታዊ መሆኑን አልተረጋገጠም። አሁንም “አንድ ጫማ ከፍ ያለ” ወይም “አንድ ጫማ ከፍ ያለ” መሆኑን ለማየት መጠበቅ አለብን።

የኖቤል ሽልማት እንዴት እንደሚሰራ

በEPO እና በፊዚዮሎጂ ወይም በሕክምና መካከል ባለው የ2019 የኖቤል ሽልማት መካከል ስላለው ግንኙነት የመጨረሻ ቃል።

EPO በጣም የተለመደው የሰው አካል ግንዛቤ እና ለሃይፖክሲያ ምላሽ ነው። ስለዚህ ሴሜንዛ እና ራትክሊፍ የተባሉት የኖቤል ተሸላሚዎች የሕዋስ ግንዛቤን እና ከሃይፖክሲያ ጋር መላመድን ለማጥናት እንደ መነሻ ነጥብ አድርገው መርጠዋል። የመጀመሪያው እርምጃ ለኦክሲጅን ለውጦች ምላሽ የሚሰጡ የ EPO ጂን ንጥረ ነገሮችን ማግኘት ነበር. ሴሜንዛ በ 3 'ታችኛው ተፋሰስ የጂን ኢንኮዲንግ EPO ላይ የ 256-ቤዝ ኮድ ያልሆነ ቅደም ተከተል ለይቷል፣ እሱም ሃይፖክሲያ ምላሽ ክፍል። የዚህ ንጥረ ነገር ቅደም ተከተል ከተቀየረ ወይም ከተሰረዘ፣ የ EPO ፕሮቲን ለሃይፖክሲያ ምላሽ የመስጠት ችሎታው በእጅጉ ይቀንሳል። የዚህ ንጥረ ነገር ቅደም ተከተል ከ hypoxia ጋር ያልተያያዙ ሌሎች ጂኖች የታችኛው ተፋሰስ 3 'መጨረሻ ከተዋሃደ፣ እነዚህ የተሻሻሉ ጂኖች EPO መሰል ማግበርን ያሳያሉ።በሃይፖክሲያ ሁኔታዎች.

ራትክሊፍ እና ቡድኑ በመቀጠል ይህ ሃይፖክሲክ ምላሽ ንጥረ ነገር በኩላሊት ወይም በጉበት ሴሎች ውስጥ ለኢፒኦ መፈጠር ኃላፊነት ባለው ህዋሶች ውስጥ ብቻ ሳይሆን በሃይፖክሲክ ሁኔታዎች ውስጥ ሊሰሩ በሚችሉ ሌሎች የሕዋስ ዓይነቶች ውስጥም እንዳለ ደርሰውበታል። በሌላ አነጋገር፣ ይህ ለሃይፖክሲያ የሚሰጠው ምላሽ ለኢፒኦ ብቻ ላይሆን ይችላል፣ ይልቁንም በሴሎች ውስጥ በጣም የተስፋፋ ክስተት ነው። እነዚህ ለኢፒኦ ምርት ኃላፊነት የሌላቸው ሌሎች ህዋሶች በኦክሲጅን ትኩረት ላይ ለውጥ የሚሰማቸው እና እንደ ኢፒኦ ያሉ ጂኖችን ለማብራት ከሃይፖክሲክ ምላሽ ንጥረ ነገሮች ጋር የተቆራኙ ሞለኪውሎችን (እንደ የጂን አገላለፅን ለማብራት ኃላፊነት ያላቸው የጽሑፍ ግልባጭ ምክንያቶች) መያዝ አለባቸው።