Во всем мире ученые разрабатывают механизмы профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний, которые являются одной из главных причин инвалидизации и смертности населения нашей планеты. Российские ученые ведут работу в этой сфере сразу по трем направлениям: они "научили" организм самостоятельно бороться с инфарктом, разработали механизмы лечения этого заболевания в острой фазе и предложили технологию реабилитации пораженного органа.
Справка
Стволовые клетки — недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся у многих видов многоклеточных организмов. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей. В современной медицине стволовые клетки человека пересаживают в лечебных целях. Например, трансплантация гемопоэтических стволовых клеток производится для восстановления процесса гемопоэза (кроветворения) при лечении лейкозов и лимфом.
Антиоксиданты, или противоокислители (также антиокислители, консерванты),— вещества, которые ингибируют окисление; любое из многочисленных химических веществ, в том числе естественные продукты деятельности организма и питательные вещества, поступающие с пищей, которые могут устранить окислительное действие свободных радикалов и других веществ. Рассматриваются преимущественно в контексте окисления органических соединений.
Органеллы (от "орган" и др. греч. — "вид") — постоянные компоненты клетки, жизненно необходимые для ее существования. В клетке располагаются в ее внутренней части — цитоплазме, в которой наряду с органеллами могут находиться различные включения. К одномембранным относят: эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, другие органеллы, а также плазматическую мембрану. К двумембранным — митохондрии, пластиды, клеточное ядро. Немембранные включают в себя рибосомы и клеточный центр.
Каждый год в мире сосудистые заболевания уносят жизни десятков миллионов человек. Многие из них умирают от ишемии — заболевания, при котором существенно ослабляется или полностью прекращается кровоток в определенном органе. Дефицит кровообращения становится причиной нарушения метаболизма клеток из-за нарушения работы митохондрий — органелл клетки, ответственных за выработку энергии. В последние годы в мире отмечен рост случаев ишемии, что является прямым следствием увеличения продолжительности жизни населения. Но методы лечения этого заболевания пока недостаточно эффективны — например, смертность от почечной недостаточности, вызванной ишемией, у пациентов в палатах интенсивной терапии достигает 27%.
Новые варианты предотвращения и лечения ишемии почек и ее последствий предложила группа биологов из Научно-исследовательского института физико-химической биологии (НИИФХБ) им. А. Н. Белозерского МГУ им. М. В. Ломоносова. Как поясняет Егор Плотников, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории структуры и функции митохондрий отдела биоэнергетики института и один из разработчиков новых методов лечения, ученые провели научную работу в трех направлениях: попытались "научить" организм самому бороться с инфарктом, разработали механизмы лечения этого заболевания в острой фазе и предложили технологию реабилитации пораженного органа.
В первую очередь ученые искали способ предотвращения ишемии: им может стать тренировка клеток почек. Она основана на механизме "контроля качества", то есть удаления поврежденных компонентов клетки и постоянного самообновления системы, который есть у всех клеток. Митохондрия является "электростанцией" клетки, причем в прямом смысле, поскольку изначально энергия запасается в виде электрического потенциала на митохондриальной внутренней мембране, а уже потом переводится в АТФ — универсальную энергетическую "валюту" аденозинтрифосфат. Помимо этого у митохондрий есть множество функций: синтез некоторых гормонов и прочих веществ, детоксикация ядов и другие вплоть до определения судьбы клетки — жить или умереть. Причем большинство этих функций в той или иной степени связано с электрическим трансмембранным потенциалом. В молодой почке контроль осуществляется по величине трансмембранного потенциала в митохондриях: как только потенциал долгое время находится ниже критических величин, на митохондрию навешивается "черная метка" в виде белка PINK-1. Такая помеченная митохондрия подвергается процессу аутофагии (самопоедания): уничтожается в лизосоме (органелле, выполняющей в клетке роль "желудка").
Если на определенный период закрыть клеткам доступ к кислороду, то у самых слабых митохондрий падает трансмембранный потенциал и они удаляются системой контроля качества. В результате происходит омоложение, или просто чистка популяции митохондрий: остаются только лучшие. Поэтому, когда наступает тяжелая ишемия почки, митохондрии с ней справляются и выживают.
Экспериментируя с крысами, ученые обнаружили, что у молодых животных этот механизм работал, а у старых наблюдался обратный эффект. Для них предложили использовать антиоксиданты, которые могут накапливаться в отдельных частях клетки и нейтрализовать последствия отсутствия кислорода.
Когда кислород перестает поступать в клетку, она может продолжать существовать какое-то время, но в работе митохондрий, которые используют кислород вместе с глюкозой для выработки энергии, наступает поломка. Даже если поступление кислорода впоследствии налаживается, митохондрии уже не могут использовать его по назначению — вместо этого в клетке образуются активные формы кислорода, или свободные радикалы. Это нестабильные молекулы кислорода (имеющие неспаренные электроны), стремящиеся забрать недостающий электрон у полноценных молекул, которые сами при этом становятся нестабильными. Механизм их действия — агрессивное окисление, которое сопровождается повреждением клеток организма, прежде всего клеточных мембран (разрывается передача клеточных импульсов, клетки теряют способность "общаться" друг с другом), и нарушением течения нормальных биохимических процессов.
Нейтрализовать свободные радикалы могут антиоксиданты — это обширная группа соединений, в которую входят витамины, минералы, каротиноиды, способные ингибировать процесс окисления в клетках организма. Но в каких-то количествах активные формы кислорода необходимы клетке, поэтому ученые разработали специальные антиоксиданты, адресованные только митохондриям.
Наконец, стимулировать реабилитацию после инсульта и инфаркта помогут стволовые клетки. Их применение в регенеративной медицине — один из главных трендов современной науки, однако ученые предложили нетрадиционный способ их использования. Они обнаружили, что стволовые клетки способны передавать свои митохондрии поврежденным клеткам почки. То есть если ввести стволовые клетки в поврежденный орган, между ними и пострадавшими клетками образуются тоннельные нанотрубочки, по которым перемещаются митохондрии. Предварительно можно увеличить отдачу митохондрий у стволовых клеток с помощью методов генной инженерии.
Егор Плотников: эта работа открывает огромные перспективы для лечения почечной недостаточности и других почечных патологий
BUSINESS GUIDE: Можно ли как-то проводить тренировки для клеток почки у людей?