Коллективом российских ученых из Пущино, Москвы и Нижнего Новгорода показано, что наночастицы селена размером 100 нанометров на 38% повышают жизнеспособность клеток мозга при недостатке кислорода и окислительном стрессе. Более мелкие и более крупные частицы менее эффективны, поскольку хуже проникают через клеточные мембраны и имеют небольшой токсический эффект, сообщил портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда (РНФ). Работа может помочь в разработке новых препаратов для борьбы с болезнями мозга, например ишемическим инсультом.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences 5 июля 2022г. (https://www.mdpi.com/1422-0067/23/13/7464/htm). Среди авторов работы – Елена Варламова и Егор Туровский, сотрудники Института биофизики клетки РАН, структурного подразделения Пущинского научного центра биологических исследований РАН.
Селен – необходимый для организма микроэлемент, которым богаты отруби, рыба, яйца и бобовые. Он оказывает противоопухолевое действие, стимулируя гибель раковых клеток, а также защищает здоровые клетки от повреждений при недостатке кислорода (гипоксии) и окислительном стрессе. Благодаря этим свойствам селен перспективен для профилактики ишемического инсульта, при котором головной мозг недостаточно снабжается кровью и, соответственно, кислородом, что приводит к гибели нейронов. Однако эксперименты показали, что не всегда частицы этого микроэлемента достаточное время циркулируют в кровотоке и проявляют активность. Так, в ряде случаев они просто накапливаются в печени и селезенке, не попадая в головной мозг. Причина такого явления — неоптимальный размер, но детально влияние этого фактора на биологическую активность селен-содержащих нанокомплексов не было исследовано.
Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва), ИБК РАН Пущинского научного центра биологических исследований РАН (Пущино), Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского (Нижний Новгород), Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии РАН (Большие Вяземы) и Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова (Москва) исследовали, насколько эффективно наночастицы селена разного размера защищают клетки мозга от ишемического инсульта. В экспериментах авторы использовали выращенные культуру астроцитов головного мозга мышей — клеток нервной ткани, которые создают благоприятное окружение для нейронов и поддерживают их работу. К астроцитам добавляли растворы наночастиц селена размером 50, 100 и 400 нанометров, которые получали с использование метода лазерной деструкции, разработанного в Институте общей физики РАН им. Прохорова.
Оказалось, что все исследованные наночастицы приводили к увеличению концентрации ионов кальция в клетках. Эти ионы поступают внутрь астроцитов из среды и выступают в роли сигнала, при действии которого сеть астроцитов активируется и, в свою очередь, передает собственные сигналы нейронам, оберегая их от губительного гипервозбуждения при гипоксии, голодании или реоксигенации. При этом наночастицы диаметром 100 нанометров вызывали самый сильный выброс кальция. Этот эффект можно объяснить тем, что более мелкие (50 нанометров) и более крупные (400 нанометров) частицы активируют в клетке всего один или два из трех существующих путей проникновения наночастиц внутрь клеток, тогда как в ответ на наночастицы среднего размера включаются все возможные механизмы.
Далее исследователи проверили, как различные формы селена влияют на выживаемость астроцитов при гипоксии (ишемии) и окислительном стрессе. Оказалось, что во всех случаях доля погибших клеток снизилась, но наиболее эффективно действовали частицы размером 100 нанометров – они увеличили жизнеспособность астроцитов на 38%. Кроме того, этот вариант препарата активировал гены, отвечающие за защиту от программируемой клеточной гибели.
Новое исследование российских ученых представляет собой пример продуктивного междисциплинарного взаимодействия, в котором каждый из соавторов выполнял свой, методически сложный фрагмент работы. Пущинские ученые, сотрудники Института биофизики клетки РАН ФИЦ ПНЦБИ РАН, владеют уникальными методиками прижизненной регистрации внутриклеточных процессов, позволяющими наблюдать в течение продолжительного времени изменения кальциевого гомеостаза и других параметров в популяции клеток. Эти подходы делают возможным еще до исследований на животных оценить перспективность использования тех или иных фармакологических соединений на клеточных культурах, что делает отбор кандидатных лекарственных препаратов более прицельным, эффективным и сокращает время на доклинические исследования инновационных продуктов.
Ссылка на портал «Научная Россия»: https://scientificrussia.ru/articles/nanocasticy-selena-zasitili-kletki-mozga-ot-gibeli
