Цивилизация
Российские исследователи вместе с зарубежными коллегами разработали биосенсоры, которые реагируют на изменения рН и содержания активных форм кислорода внутри клеток. В новой работе они проверили их эффективность в модели инсульта у крыс. Вещества помогли изучить метаболизм нейронов при патологии в режиме реального времени непосредственно в мозге экспериментальных животных, а также опровергнуть теорию о том, что же именно наносит наибольший ущерб клеткам в острой фазе инсульта. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах журнала Redox Biology.
Ишемический инсульт находится в тройке «лидеров» среди причин смертности жителей развитых стран, но и переживших его тоже нельзя назвать счастливчиками: к нормальной жизни возвращается лишь десятая часть больных. Недуг развивается при закупорке сосудов головного мозга из-за травм или патологий сердечно-сосудистой системы. Если быстро не оказать медицинскую помощь, то обескровленные ткани погибнут, а вместе с ними ухудшатся или будут вовсе утрачены функции соответствующей части мозга.
За годы исследований накопилась большая база данных, однако до сих пор есть пробелы в знаниях о патогенезе ишемического инсульта на уровне молекул. Так, принято считать, что наибольший ущерб клеткам в острой фазе заболевания наносят активные формы кислорода (АФК).
«До недавнего времени не было возможности напрямую показать саму динамику окислительного стресса именно в тканях мозга экспериментального животного, у которого развивается ишемический инсульт. Это касается не только АФК, но и других биохимических параметров. Разработанные нами технологии позволяют следить за внутриклеточными изменениями в мозге лабораторных животных начиная с первых секунд патогенеза», — рассказывает Дмитрий Билан, кандидат биологических наук, руководитель группы метаболических основ патологии ИБХ РАН.
Сотрудники Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН (Москва), Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России (Москва), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) совместно с коллегами из других российских и зарубежных институтов предложили использовать для исследований инсульта в животных моделях светящиеся белковые конструкции, которые реагируют на изменение рН и наличие АФК — ключевые параметры, по которым можно выявить критические нарушения метаболизма.
Гены биосенсоров авторы встраивали в нейроны головного мозга крыс, которым также вживляли оптические волокна, чтобы можно было фиксировать сигнал от светящихся белков. Перекрывая артерии мозга, ученые вызывали у животных инсульт и наблюдали, как меняется метаболизм клеток с самых первых секунд заболевания.
В условиях ишемии цитоплазма нейронов закислялась, однако появление АФК было отмечено лишь спустя сутки после начала инсульта. Такой результат опровергает наиболее популярное мнение о том, что именно эти вещества вызывают наибольшее повреждение клеток в острой фазе.
«Наша работа объединила усилия ученых из разных дисциплин. Для исследования динамики патологических процессов при развитии инсульта были использованы подходы молекулярной биологии и биохимии, экспериментальной хирургии, разработаны новые технические решения для регистрации процессов в тканях живого мозга. В дальнейшем методологическая база, которую мы разработали, может быть использована для любых других исследований метаболизма мозга в норме и при патологических нарушениях», — подводит итог Дмитрий Билан.