А.Н. Белоусов
Резюме. НАНОТЕХНОЛОГИЯ НА ПУТИ ПРОДЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОРГАНИЗМЕ.
Основная цель работы – попытаться ингибировать клеточный апоптоз. Объект исследования - эритроциты венозной крови человека. Методом электрофереза в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия изучался поверхностный слой белков мембраны эритроцитов; визуально регистрировались признаки гемолиза. Проведенные исследования стали свидетельством того, что в настоящее время с помощью магнитоуправляемого сорбента (МУС-Б) становится возможным существенно уменьшить явления клеточного аппотоза. Коллоидные частицы магнетита проявляют сорбционную активность относительно поверхностных белков мембран эритроцитов – спектрина и анкирина, замедляют процессы гемолиза.
Ключевые слова: клеточный апоптоз, гемолиз, поверхностные белки мембран эритроцитов, коллоидные частицы магнетита.
Resume. THE WAY PROLONGATION OF LIFE THE ORGANISM BY THE NANOTECHNOLOGY
Andrey N. Belousov
The purpose of research is cells apoptosis inhibit. The object of investigation is men erythrocytes of the venous blood. The method of research by the electropheres in gel of polyacrilamidis with natrium dodecylsulfatis. The superficial proteins of membrane the cells were studied. The showings of hemolysis were registered by the visualization. The result of investigation: the apoptosis of erythrocytes was greatly reduced by the magnet-controlled sorbent (MCS-B). The colloid particles of magnetite has sorption activity relative to superficial proteins of membrane the erythrocytes (spectrin and ancirin). The MCS-B is reduce process of the hemolysis.
Key words: apoptosis the cells, hemolysis, superficial proteins of membrane the erythrocytes, the colloid particles of magnetite.
Каждый лечащий врач, заботясь о состоянии здоровья пациентов наверняка задавался вопросом о причинах пускового механизма клеточного и органного апоптоза у различного рода больных. Почему проводимые сбалансированная и рациональная терапия не в состоянии предотвратить механизмы танатогенеза ?
В широком понимании преобладание катаболических процессов в организме есть результат тотальной поломки механизмов клеточного деления, затрагивающих структуру ДНК. В настоящий момент известно, что "ломается" ген, кодирующий белок p53, который "следит" за поломками в ДНК. При обнаружении поломок он посылает клетке с измененным генетическим материалом сигнал "покончить жизнь самоубийством".
Клетке для жизнедеятельности необходима энергия. Она получает ее из окислительных процессов. Это сложная цепочка ферментативных превращений, в результате которых атмосферный кислород претерпевает четырехэлектронное восстановление и образуется вода. Но иногда восстановление кислорода проходит не полностью, и тогда в клетке образуются ядовитые химически активные соединения - радикалы. Один из них - радикал ОН• (точка обозначает неспаренный электрон) настолько опасен, что даже может разрушить любую молекулу в наших клетках, включая ДНК.
Таким образом, для того, чтобы предотвратить органный апоптоз необходимо: во-первых – повлиять на процессы свободнорадикального перекисного окисления липидов и тем самым предупредить возможные поломки ДНК в клетке; во-вторых - блокировать рецепторы мембран интактных клеток к идущим «губительным сигналам» от апоптирующих клеток.
Пусковые механизмы апоптоза у тяжелых больных и у практически здоровых, но стареющих людей, одинаковы. С одной лишь разницей - в масштабе и скорости апоптических процессов.
Таким образом, каждое новое направление в медицине, новые методы лечения, которые направлены на улучшение качества жизни больного, есть поступательное движение вперед к пониманию механизмов старения организма и лечения тяжелых ранее неизлечимых болезней.
Нанотехнология – настоящий прорыв в науке XXI века, да и в жизни вообще. Устранение отрицательного влияния деятельности человека на окружающую среду, защита озонового слоя, производство любой ткани, любого вида топлива, физическое бессмертие организма – вот лишь краткий список того, что принесет в нашу жизнь эта область науки [7, 10].
Американский Национальный институт здоровья (NIH) включил наномедицину в пятерку самых приоритетных областей развития медицины в XXI веке [11, 12]. Ученые из Национального института рака США считают, что нанотехнология поможет лечить рак в его самых ранних стадиях и избегать побочных эффектов [9].
По определению ведущего учёного в данной области Р. Фрейтаса наномедицина это: «Слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя разработанные наноустройства и наноструктуры» [5].
В Украине первые препараты медицинской нанотехнологии синтезированы и запатентованы в 1998 году [13]. Это такие препараты как интракорпоральный нанобиокорректор "ИКНБ", магнитоуправляемый сорбент (МУС-Б) и «Микромаг-Б» [1-3].
Основу препаратов составляют коллоидные частицы магнетита (Fe3O4) размером от 6 до 12 нм. Наличие адсорбционного слоя обеспечивает коллоидным частицам магнетита высокую сорбционную активность. Суммарная площадь их сорбционной поверхности составляет от 800 до 1200 м2/г, а напряженность магнитного поля, которое индуцируется каждой частицей - 300-400 кА/м.
Основная цель работы - попытаться уменьшить проявления клеточного апоптоза.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- оказать влияние на поверхностный слой белков мембран клеток;
- замедлить процессы распада клеток.
Материалы и методы:
Материал: коллоидные частицы магнитоуправляемого сорбента (МУС-Б). Основа МУС-Б - магнетит (Fe3O4). Размер коллоидных частиц магнетита - 6-12 нм; суммарная площадь сорбционной поверхности Sп = 800-1000 м2/г; намагниченность насыщения Is = 2,15 кА/м; объемная концентрация q = 0,00448; вязкостсь h = 1,0112 cSt.
Объект исследования: эритроциты венозной крови человека.
Все исследования проводились in vitro. Изучено состояние эритроцитов венозной крови у 20 практически здоровых добровольцев. Возраст обследованных составил от 24 до 40 лет. Исследования включали 3 этапа: I этап- исходное состояние эритроцитов; II - после обработки МУС-Б; III – эритроциты на 14 сутки наблюдения.
Методы исследования: У обследуемого из периферической вены в 2 пробирки осуществлялся забор венозной крови объемом 3 мл. С целью предупреждения свертывания крови вводился лимоннокислый натрий. Затем в одну из пробирок вводился МУС-Б в количестве 1,5 мл с последующим выделением последнего с помощью постоянного магнитного поля напряженностью 200 кА/м. Свободная от МУС-Б венозная кровь вместе с контрольной пробиркой крови центрифугировались. После удаления плазмы в 1 мл клеточной взвеси добавляли по 3 мл физраствора.
Разделение белков мембран эритроцитов проводили методом электрофереза в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия. Мембраны отделяли центрифугированием, промывали физиологическим раствором. Солюбилизацию мембран осуществляли 1% раствором додецилсульфатом натрия [6,8]. Состав поверхностных белков мембран эритроцитов и выражался в %. Взвесь клеток крови после выполнения биохимического этапа исследования хранилась в холодильной камере при температуре +1С. На 14 сутки визуально регистрировались признаки гемолиза.
Статистическая обоработка полученных результатов осуществлялсь параметрическим методом вариационной статистики по t-критерию Стьюдента.
Результаты и их обсуждение:
В результате исследования установлено, что коллоидные частицы МУС-Б проявляют сорбционную активность относительно поверхностных белков мембран эритроцитов – спектрина и анкирина. Так, высокодостоверно установлено, что МУС-Б сорбирует спектрин на 7±1% (p<0,001) и анкирин – на 3±0,5% (p<0,001).
Следуя логике, данный процесс должен снизить толерантность мембран эритроцитов и способствовать появлению гемолиза.
На 1 сутки наблюдения видимых признаков гемолиза в двух пробирках не отмечено (рис. 1).
Рис. 1. Визуальная картина состояния эритроцитов на 1 сутки наблюдения.
Примечания:
А – после обработки МУС-Б;
Б – контроль.
Однако на 14 сутки в контроле наблюдалось тотальное разрушение эритроцитов. Напротив, в варианте, где кровь предварительно была обработана МУС-Б, визуально гемолиз был незначительным (рис. 2).
Рис. 2. Визуальная картина состояния эритроцитов на 14 сутки наблюдения.
Примечания: А – после обработки МУС-Б; Б – контроль.
Таким образом, несмотря на то, что МУС-Б частично сорбирует поверхностный слой белков мембран эритроцитов, однако при этом толерантность мембран не только не снижается, а напротив возрастает, что в целом проявляется уменьшением гемолиза.
Как показали предыдущие исследования это объясняется следующими механизмами: ингибированием процессов свободнорадикального перекисного окисления липидов (СПОЛ), активацией антирадикальных ферментов, влиянием на трансмембранный обмен [4].
Вышеперечисленные механизмы обуславливают снижение активности клеточного и органного апоптоза, а, следовательно, препятствуют развитию танатогенеза.
Заключение:
В данной работе впервые в сравнении с контролем представлены результаты влияния препарата нанотехнологии (МУС-Б) на поверхностный слой белков мембран эритроцитов, а также показано действие коллоидных частиц магнетита на выраженность процессов гемолиза.
Проведенные исследования стали свидетельством того, что в настоящее время с помощью МУС-Б стало возможным уменьшать проявления клеточного апоптоза путем: влияния на поверхностные белки мебран клеток, изменения трасмембранного обмена, ингибирования реакций СПОЛ, активации антирадикальных ферментов.
Исходя из вышеизложенного, применение МУС-Б в практической медицине позволит не только увеличить срок хранения крови, но и продлить качество жизни больных, добиться положительной клинико-лабораторной динамики при критических состояниях.
В целом, данные исследования приоткрывают еще одну завесу таинства старения клеток и намечают новое направление на пути продления жизненных процессов в организме.
Выводы:
Коллоидные частицы магнетита (МУС-Б) проявляют сорбционную активность относительно поверхностных белков мембран эритроцитов – спектрина и анкирина, замедляют процессы разрушения клеток.
Список использованных источников:
1. Белоусов А.Н. Лечебно-профилактический продукт “Micromage-B”: Госпатент №30538А UA A 23L 1/304/ (Украина). - Заявл. 25.05.98. Опубл. 15.11.00. Бюл. № 6-11. – 3 с.
2. Белоусов А.Н. Сорбент для экстракорпоральной детоксикации биологических жидкостей: Госпатент №24322А UA A61N2/00/ (Украина). - Заявл. 19.06.97; Опубл. 17.07.98. Бюл. №7. - 4 с.
3. Белоусов А.Н. Cпособ получения магнитной жидкости для транспорта и удержания лекарств в организме: Госпатент №14817А UA A61N2/00/ (Украина). - Заявл. 21.06.96; Опубл. 18.02.97. Бюл. №2. - 3 с.
4. Белоусов А.Н. Влияние магнетита – препарата нанотехнологии на клеточный метаболизм. // Вісник проблем біології і медицини, Полтава, 2004. - №2. – С. 34-37.
5. Bradbury R.J., "Protein Based Assembly of Nanoscale Parts", http://www.aeiveos.com/~bradbury/Papers/PBAoNP.html
6. Chasis J.A., Mohandas N. J. Cell Biol., 1986, v.103, 343 р.
7. Lem St. Tajemnica chicskiego pokoju. – Kracow, 1996 – 98 р.
8. Ling E., Sapirstein V. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1984, v. 120, p. 291-298.
9. Phoenix, C., Drexler, E., "Safe exponential manufacturing", Nanotechnology 15(8):869-872 (Aug 2004). http://www.iop.org/EJ/abstract/
10. http://mignews.com
11. http://www.nestor.minsk.by/kg
12. htt://www.homestead.com/nanotechind/medicalhtml
13. http://www.nanolab.com.ua/
