Том 69, № 4 (2024)
Молекулярная биофизика
КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ 3-АМИНОПИРИДИН-2(1H)-ОНОВ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ ПЕРОКСИДАЗЫ ХРЕНА
Аннотация
Целью данного исследования являлась оценка кинетических параметров окисления некоторых 3-аминопиридин-2(1H)-онов пероксидом водорода, катализируемого пероксидазой хрена, и сродства пероксидазы хрена к данным соединениям. Было показано, что окисление 3-аминопиридин2(1H)-онов подчиняется кинетике псевдопервого порядка. Также было обнаружено гиперболическое снижение наблюдаемой константы скорости реакции (kobs) с увеличением исходной концентрации 3-аминопиридин-2(1H)-онов. Зависимость kobs) от концентрации фермента носила прямолинейный характер, свидетельствуя в пользу конкурентного ингибирования окисления продуктом реакции. Было обнаружено, что увеличение полярности заместителя в 4-м положении приводит к увеличению скорости окисления пиридинонов. Значения Vmax/Km также были выше для соединений, несущих полярные заместители в 4-м положении. Данный кинетический параметр (Vmax/Km) отражает субстратную специфичность фермента. Полученные данные проясняют механизмы взаимодействия пероксидазы хрена и 3-аминопиридинонов и говорят о том, что 3-аминопиридиноны могут быть использованы для разработки чувствительных методов детекции пероксида водорода и модификации методик иммунно-ферментного анализа.
Биофизика. 2024;69(4):695-700
695-700
ПРИРОДА МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ, ВЛИЯЮЩИХ НА ОЛИГОМЕРИЗАЦИЮ НИКАЗЫ Nt.BspD6I
Аннотация
Знание природы межмолекулярных взаимодействий и аминокислотных остатков, их обеспечивающих, дает возможность целенаправленно менять устойчивость межмолекулярных комплексов. В данной работе на примере никазы Nt.BspD6I продемонстрировано влияние гидрофобных взаимодействий на способность белка к олигомеризации и необходимость химической и геометрической комплементарности интерфейсных поверхностей при образовании устойчивых гомокомплексов.
Биофизика. 2024;69(4):701-706
701-706
ВЛИЯНИЕ КАТЕХИНОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ ФИБРИЛЛ КОЛЛАГЕНА in vitro
Аннотация
Некоторые аспекты терапевтического действия катехинов связаны с их влиянием на отложение фибрилл коллагена в тканях. Предполагается, что этот процесс находится под контролем сигнальной и регуляторной систем клеток, на которые воздействуют катехины, при этом нельзя исключать прямого взаимодействия полифенолов со структурными белками. В настоящей работе мы исследовали непосредственное влияние (+)-катехина и эпигаллокатехин галлата на формирование фибрилл коллагена in vitro. Используя турбидиметрию, дифференциальную сканирующую калориметрию и просвечивающую электронную микроскопию мы показали, что (+)-катехин ускоряет образование фибрилл коллагена I типа, при этом образующиеся фибриллы имеют специфическую для этого белка структуру и термическую стабильность, тогда как эпигаллокатехин галлат в концентрации 10 мкМ ингибирует фибриллогенез. Полученные результаты расширяют наши представления о возможных механизмах терапевтического действия катехинов, демонстрируя возможность прямого взаимодействия (+)-катехина и эпигаллокатехин галлата с мономерами и фибриллами коллагена, и могут быть полезны при разработке новых препаратов, содержащих эти растительные полифенолы или их синтетические аналоги.
Биофизика. 2024;69(4):707-714
707-714
ИННОВАЦИОННЫЕ БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ЭКСТРАКЦИИ КВЕРЦЕТИНА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Аннотация
Предложен метод экстракции кверцитина из растительной клетки, основанный на сочетанном действии ультразвука и метастабильной фракции водного раствора. Такая обработка вызывает более эффективное выделение цитоплазматической компоненты за счет травления и/или механического разрушения оболочки растительной клетки. Окисленная фракция раствора обладает наиболее выраженными экстрагирующими свойствами, но воздействует на кверцетин, окисляя хромофорную часть молекулы. По критерию сохранности пигмента лучшей экстрагирующей средой является восстановленная фракция воды. Для анализа образцов экстракта использовали аналитические методы: UV-Vis-спектрометрию, гель электрофорез белков, 1Н-ЯМР-спектрометрию и QCM-взвешивание, а также сканирующую электронную микроскопию.
Биофизика. 2024;69(4):715-722
715-722
БЕСКОНТАКТНАЯ АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОМОЛЕКУЛ В ЖИДКОСТИ
Аннотация
Бесконтактная атомно-силовая микроскопия, разновидность сканирующей зондовой микроскопии, в последние два десятилетия активно используется для изучения гидратированных биомолекул. В частности, как показывает анализ современной литературы, она является весьма перспективной в исследовании адсорбированных биомакромолекул и биомакромолекулярных комплексов на границе раздела фаз или на поверхности мембран. В настоящем мини-обзоре описываются основы данного метода, его применение для биомолекул, обсуждаются требования к методу и возможности его расширения за счет дополнительной обработки полученных экспериментальных данных с помощью теоретического анализа, молекулярного моделирования или машинного обучения.
Биофизика. 2024;69(4):723-736
723-736
Биофизика клетки
ВЛИЯНИЕ TRO19622 (ОЛЕСОКСИМA) НA ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ ИЗОЛИРОВАННЫХ МИТОХОНДРИЙ И ВЫЖИВАЕМОСТЬ КЛЕТОК
Аннотация
TRO19622 (олесоксим, холестерин-подобный цитопротектор) – экспериментальный препарат, разработанный для потенциальной терапии ряда неизлечимых дегенеративных заболеваний. Основной молекулярной мишенью данного соединения в клетке служат пориновые белки внешней митохондриальной мембраны, которые выполняют ключевую роль в регуляции обмена метаболитами между митохондриями и остальной частью клетки. Нарушения активности данных каналов может вызывать развитие митохондриальной дисфункции в здоровых клетках. В работе проведена оценка основных показателей функционирования митохондрий и индекса жизнеспособности клеток в культурах после их инкубации с TRO19622. Установлено, что TRO19622 в концентрациях 15–30 мкМ ингибирует скорости фосфорилирующего и разобщенного дыхания изолированных митохондрий (состояния 3 и 3UDNP) при использовании сукцината в качестве субстрата, однако не влияет на ферментативную активность комплексов I–IV дыхательной цепи. Показано, что TRO19622 в исследуемых дозах не влияет на скорость образования H2O2 в митохондриях и параметр кальциевой емкости, отражающий резистентность органелл к открытию кальций-зависимой неспецифической поры. Инкубация фибробластов кожи человека и клеток аденокарциномы молочной железы (MCF-7) с 30 мкМ TRO19622 в течение 48 ч не оказывает влияния на продукцию активных форм кислорода и жизнеспособность клеток. Обсуждаются механизмы действия TRO19622 на систему окислительного фосфорилирования и перспективы использования данного митохондриально-направленного терапевтического агента.
Биофизика. 2024;69(4):737-746
737-746
ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МЕХАНИЗМАХ ГИПЕРВОЗБУДИМОСТИ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ И ПАЧЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ ПРИ ЭПИЛЕПСИИ. ВКЛАД АКТИВАЦИИ КАЛИЕМ КАЛИЙ-ПРОВОДЯЩИХ КАНАЛОВ В ГИПЕРАКТИВАЦИЮ СЕТЕЙ
Аннотация
Обсуждаются существующие представления о молекулярных механизмах патологической гипервозбудимости и синхронизации нейронных сетей при эпилептогенезе, включая калиевую, ГАМК-, мембранную (клеточную) и синаптическую (сетевую) модели. В фокусе таких моделей – нарушение баланса между возбуждением и торможением с вовлечением многочисленных положительных и отрицательных обратных связей в нейронных сетях. В работе рассматриваются современные представления о: 1) надежности динамических систем с большим числом отрицательных обратных связей и 2) вырожденности, т.е. способности разнородных элементов (каналов, токов) замещать друг друга, как основе устойчивого функционирования гипервозбудимых сетей при каналопатиях и гиперэкспрессии различных каналов. В работе предлагается возможный механизм спонтанного возникновения судорожной активности и накопления калия в межклеточном пространстве, основанный на активации калием и кальцием группы катионных каналов (HCN, Kir2.x, hERG, Nav1.х и ВКСа), обеспечивающий надежность и высокую чувствительность эпилептиформной активности к внешним и внутренним факторам за счет вырожденности и формирования группы петель положительных обратных связей.
Биофизика. 2024;69(4):747-757
747-757
СТЕПЕНЬ СПЕЦИФИЧНОСТИ СИНАПТИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ПРИ НЕЙРОТРАНСПЛАНТАЦИИ
Аннотация
Трансплантация незрелой нервной ткани является перспективным биотехнологическим подходом для восстановления поврежденного мозга. Успех трансплантационной терапии зависит от реализации генетической программы дифференцировки донорских нейрональных предшественников и точности нервных связей как в самих нейротрансплантатах, так и в мозге реципиента. В работе изучена степень специфичности синаптических контактов при трансплантации гиппокамповой формации в неокортекс крыс. С помощью метода электронной микроскопии показано, что в самих трансплантатах дифференцировались преимущественно специфические формы синапсов, которые топографически правильно располагались на сома-дендритной поверхности нейронов. Прорастающие в мозг реципиента аксоны трансплантированных нейронов образовывали синаптические контакты с несвойственными им в норме нейронами. При формировании неспецифических аксональных связей они модифицировали состав и распределение нейромедиаторных пузырьков в пресинаптических терминалях, а также индуцировали структурно-химическую реорганизацию в постсинаптических дендритах.
Биофизика. 2024;69(4):758–765
758–765
РОТЕНОН, РОДАМИН 123 И ЯНУС ЗЕЛЕНЫЙ ИНДУЦИРУЮТ ПОВРЕЖДЕНИЕ ЯДЕРНОЙ ДНК В КЛЕТКАХ АСЦИТНЫХ ОПУХОЛЕЙ МЫШЕЙ, РОТЕНОН И РОДАМИН В Х-ОБЛУЧЕННЫХ КЛЕТКАХ СПОБСТВУЮТ СОХРАНЕНИЮ ЦЕЛОСТНОСТИ ГЕНОМА
Аннотация
Митохондриальные ингибиторы ротенон, родамин 123 и краситель янус зеленый В изучаются в настоящее время с целью разработки фармакологических средств, вызывающих митохондриальную дисфункцию и апоптоз. Поскольку нарушение работы митохондрий связано с продукцией активных форм кислорода, то представляется актуальным сопоставить индуцированные этими веществами повреждения ДНК клеток асцитной карциномы Эрлиха и мышиного лимфолейкоза Р388 с таковыми после воздействия известного индуктора активных форм кислорода – ионизирующего (рентгеновского) излучения. Уровень ДНК-повреждений оценивали щелочным вариантом метода ДНК-комет. Индуцированный ротеноном уровень повреждений ДНК был сравним с таковым при 4 Гр в обоих типах клеток. Пострадиационная инкубация уменьшала уровень ДНК-повреждений, что свидетельствовало о репарации ДНК. Обработка клеток асцитной карциномы Эрлиха родамином 123 с последующей отмывкой от него не вызывала этого увеличения, однако облучение в дозе 4 Гр в присутствии родамина 123 индуцировало увеличение уровня повреждений ДНК, которое существенно уменьшалось после часовой инкубации. Можно полагать, что предварительная обработка клеток ротеноном или родамином 123, нарушая работу митохондрий, способствовала сохранению целостности ядерной ДНК в облученных клетках. Воздействие януса зеленого В вызывало увеличение повреждений ДНК и гибель клеток. Исходя из щелочной версии метода ДНК-комет, можно считать индуцированные этими соединениями повреждения одно-, двунитевыми разрывами и щелочелабильными (апуриновыми/апиримидиновыми) сайтами в ДНК.
Биофизика. 2024;69(4):766-777
766-777
АДАПТАЦИОННАЯ САМОЗАЩИТА ЗРЕЛЫХ КЛЕТОК ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ БАЗИРУЕТСЯ НА ЭФФЕКТЕ ВАРБУРГА, ДЕ-ДИФФЕРЕНЦИРОВКЕ КЛЕТОК И ИХ УСТОЙЧИВОСТИ К ГИБЕЛИ
Аннотация
Анализируется гипотеза о сохранившейся способности разных специализированных клеток млекопитающих защитить себя от летальных повреждений, используя защитный, атавистический механизм клеточной де-дифференцировки. Развитие такой защиты сопровождается переходом дифференцированных клеток от митохондриального, кислород-зависимого типа метаболизма на восстановительный, кислород-независимый метаболизм (называемый эффектом Варбурга). Этот переход позволяет повысить порог клеточной устойчивости к гибели от гипоксии, а также может индуцировать появление фетальных маркеров, характерных для клеточной де-дифференцировки. На примере развития двух патологий (сердечной недостаточности и диабета 2 типа), в данной работе представлены данные, подтверждающие существованиe такого механизма и пути его возможной коррекции.
Биофизика. 2024;69(4):778-785
778-785
ПАРАПТОЗ И ДРУГИЕ ТИПЫ НЕАПОПТОТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРУЕМОЙ ГИБЕЛИ КЛЕТОК
Аннотация
Обзор посвящен современным представлениям о параптозе, как одном из типов регулируемой клеточной гибели, в сравнении с другими типами клеточной гибели. Параптоз – это форма клеточной гибели, вызываемая стрессом эндоплазматического ретикулума, сопровождающимся накоплением в нем поврежденных или неправильно свернутых белков, обширной неаутофагической вакуолизацией цистерн эндоплазматического ретикулума и, в ряде случаев, митохондрий, с последующими повреждениями митохондрий, цитоскелета и гибелью клеток. Знание о молекулярных механизмах параптоза представляет интерес для лечения онкологических заболеваний, резистентных к апоптоз-индуцирующим агентам.
Биофизика. 2024;69(4):786-804
786-804
ПОВЫШЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КЛЕТОК ОСТРОГО ЛИМФОИДНОГО ЛЕЙКОЗА В ТРЕХМЕРНЫХ ВЫСОКОПЛОТНЫХ КЛЕТОЧНЫХ КУЛЬТУРАХ
Аннотация
Проведено исследование формирования лекарственной устойчивости клеток острого лимфоидного лейкоза (клеточные линии Jurkat, MOLT 3, MOLT 4) в высокоплотных клеточных культурах. Показано, что в высокоплотных культурах клеток острого лимфоидного лейкоза повышается устойчивость к действию химиотерапевтических препаратов относительно клеток, культивируемых в условиях низкой плотности. Результаты исследования механизма повышения лекарственной устойчивости клеток острого лимфоидного лейкоза в высокоплотных клеточных культурах показали, что повышение лекарственной устойчивости может опосредоваться изменением их пролиферативной активности. Полученные в работе результаты представляют интерес для разработки стратегии подавления лекарственной устойчивости клеток острого лимфоидного лейкоза, зависящей от плотности клеточной культуры.
Биофизика. 2024;69(4):805-809
805-809
Биофизика cложныx cиcтем
БЕЛКИ ГЕПАТОПАНКРЕАСА КРАБА-СТРИГУНА И КАМЧАТСКОГО КРАБА, ОБЛАДАЮЩИЕ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ
Аннотация
За время своего длительного существования ракообразные, несмотря на отсутствие высокоспецифичной адаптивной иммунной системы, как у позвоночных, успешно адаптировались к выживанию в своей естественной среде обитания, богатой микроорганизмами, в том числе благодаря наличию антимикробных пептидов. Один из ценных источников антимикробных пептидов – гепатопанкреас, представляющий отходы промысла и переработки краба. Методом зимографии и 1H-ЯМР-спектроскопии нами было обнаружено, что в состав экстракта из гепатопанкреаса краба-стригуна входит небольшой пептид (около 3 кДа), который гидролизует клеточную стенку и полисахарид клеточной стенки M. lysodeikticus. Найденный пептид может представлять интерес для практического применения. Из гепатопанкреаса камчатского краба с помощью хроматографии на гепарин-сефарозе был выделен белок (около 14 кДа), который также проявляет активность в отношении клеточной стенки грамположительной бактерии M. lysodeikticus, что было показано методами зимографии и турбидиметрии.
Биофизика. 2024;69(4):810-820
810-820
ТЕТА-ОСЦИЛЛЯЦИИ И КОМПАРАТОРНАЯ ФУНКЦИЯ ГИППОКАМПА
Аннотация
Обнаружение изменений/новизны окружающей среды имеет базовое значение для адаптивного поведения. Путем сравнения (компарации) текущего контекста с предыдущим, живые организмы могут делать прогнозы и корректировать свои действия. Механизмы и структуры мозга, участвующие в функции компарации, пока в достаточной мере не выяснены. Имеющиеся работы подчеркивают особый вклад гиппокампа в процесс компарации; указывается, что выявление новизны осуществляется нейронами гиппокампа посредством реализации механизмов совпадения-несовпадения, или рассогласования. Здесь мы приводим сведения о существующих гипотезах того, как реализуются эти механизмы, какие еще структуры мозга участвуют в обнаружении несоответствий, как они связаны с гиппокампом, и какие процессы этому способствуют. Предполагается, в частности, что не новизна сама по себе, а только та новизна, которая контрастирует с ранее приобретенным опытом, инициирует процесс рассогласования. Анализируются доводы о том, что решающую роль в функционировании гиппокампа как компаратора играет тета-ритм. Тета-осцилляции, вызванные появлением нового сигнала/изменением обстановки, опосредуют механизм временнóй координации структур, участвующих в функции сравнения. При компарации тета-ритм функционирует как активный фильтр: он участвуeт в отборе и пропуске нового сигнала в систему регистрации в гиппокампе. Возрастание тета-осцилляций и их когерентности в структурах мозга, обрабатывающих новую информацию, служит сигналом рассогласования, облегчающим изменение стратегии поведения. Кроме тета-ритма, гамма-осцилляции также участвуют в компарации: во время генерации тета-ритма в префронтальной коре, временнóе совпадение гамма-осцилляций в других областях мозга с определенной фазой тета-цикла может выполнять функцию компарации во время процесса запоминания. Глубокое понимание механизмов осуществления компараторной функции и ее нарушений может помочь в лечении таких патологий, как шизофрения, болезнь Альцгеймера, височная эпилепсия и многих других.
Биофизика. 2024;69(4):821-835
821-835
АДРЕНЕРГИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИИ МИОКАРДА И СОСУДОВ В УСЛОВИЯХ ГИПОТЕРМИИ
Аннотация
Регуляция работы сердечно-сосудистой системы в условиях гипотермии и после ее воздействия является одной из важных и актуальных задач медико-биологических исследований. Это связано как с тяжелыми последствиями перенесенной гипотермии, так и с потенциальными преимуществами, которые дает ее использование в медицинских целях. Адренергическая регуляция является ключевой для нормального функционирования сердечно-сосудистой системы. Существует три группы адренергических рецепторов: α1, α2 и β, которые в разной пропорции экспрессируются в миокарде и кровеносных сосудах. Активация каждого из подтипов адренорецепторов может вызывать разнонаправленные эффекты, которые в значительной степени модифицируются в условиях пониженной температуры. Эффективность β-адренергической стимуляции снижается и даже может действовать однонаправленно с гипотермией, приводя к нарушениям в работе миокарда. Выраженность эффектов α1-адреноагонистов в сердце и сосудах также снижается, однако чувствительность к стимуляции α1а-рецепторов в сосудах может возрастать. Активация данного типа рецепторов имеет кардиопротективный эффект. Широкий спектр кардиопротективных эффектов дает также активация α2-адренорецепторов. Вместе с тем в настоящее время появляется все больше свидетельств прямых инотропных и сосудистых эффектов, опосредуемых этим типом рецепторов. Имеются отдельные свидетельства, показывающие усиление данных эффектов в условиях гипотермии. В представленном обзоре рассмотрено современное состояние исследования эффектов стимуляции отдельных типов адренорецепторов в условиях нормы и гипотермии. Проанализированы механизмы физиологического действия и перспективы их дальнейших исследований.
Биофизика. 2024;69(4):836-845
836-845
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАРДИОПРОТЕКТОРНЫХ СВОЙСТВ УРИДИН-5'-МОНОФОСФАТА И УРИДИНА В МОДЕЛИ ПОВРЕЖДЕНИЯ МИОКАРДА КРЫС С ПОМОЩЬЮ ИЗОПРЕНАЛИНА
Аннотация
Изучено влияние уридина и его монофосфорилированного производного на уровень основных биохимических маркеров повреждения миокарда в крови и электрическую активность сердца в модели кардиомиопатии у крыс, вызванной изопреналином. Показано, что введение изопреналина (150 мг/кг, подкожно) вызывает увеличение активности сывороточных ферментов аспартатамино-трансферазы и аланинаминотрасферазы, их соотношения (коэффициента де Ритиса), а также активности лактатдегидрогеназы в лимфоцитах крови, что подтверждает развитие повреждения миокарда у экспериментальных животных. Анализ электрокардиографических данных выявил увеличение продолжительности интервалов RR, P-R, QT, QTc и комплекса QRS, что указывает на удлинение фазы деполяризации и реполяризации относительно длительности сердечного цикла у крыс с изопреналин-индуцированным повреждением миокарда. Предварительное введение экспериментальным животным уридина и уридин-5%-монофосфата в дозах 30 мг/кг одинаково эффективно препятствует повышению ферментативной активности аспартатаминотрансферазы и коэффициента де Ритиса, приводит к снижению продолжительности интервалов P-R, QRS, QT и QTc, а также к частичной нормализации метаболической активности лимфоцитов крови крыс. Полученные данные указывают на то, что уридин и уридин-5%-монофосфат оказывают сходное протекторное действие на сократительную функцию кардиомиоцитов и могут рассматриваться в качестве средств метаболической защиты для комплексной терапии ишемической болезни сердца.
Биофизика. 2024;69(4):846-855
846-855
1H-ЯМР-СПЕКТРОСКОПИЯ ПЛАЗМЫ КРОВИ ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ В МЕТАБОЛИЗМЕ ПРИ РАЗВИТИИ САРКОМЫ М-1 У КРЫС
Аннотация
Для оценки эффективности метода ЯМР-метаболомики для обнаружения изменений в метаболизме при канцерогенезе с помощью 1H-ЯМР-спектроскопии нами было проведено сравнение количественного состава метаболитов в плазме крови крыс для здоровой группы животных и группы животных, которым перевивали саркому М-1. У исследуемых групп после перевития саркомы отбирали плазму на 12-е и на 36-е сутки для выявления метаболитов, ассоциированных с развитием опухоли. Анализ ЯМР-спектров с применением многомерных статистических методов показал, что исследуемые группы различались уже на 12-е сутки после перевивки, на 36-е сутки отличие было существенным. Количественно определяли 23 метаболита. На 12-е сутки достоверно отличались между группами только лактат и аллантоин, тогда как на 36-е сутки различались уже 9 метаболитов. Все обнаруженные метаболиты участвуют в метаболизме рака, что позволяет расценивать 1H-ЯМР-спектроскопию как перспективный метод диагностики рака.
Биофизика. 2024;69(4):856-867
856-867
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФЛЭШ-ЭФФЕКТА В РАДИОБИОЛОГИИ
Аннотация
Использование ионизирующих излучений со сверхвысокой мощностью дозы, называемых флэш-облучением (≥40 Гр/с), способствует сохранению здоровых тканей с уровнем контроля над опухолью, сопоставимым с таковым при облучении со стандартной мощностью дозы. Настоящий обзор обобщает современные знания, посвященные исследованиям облучения опухолевых и нормальных клеточных линий, животных, включая опухоленосителей, в конвенциональном и флэш-режимах. Для сравнения приведены и данные по флэш-облучению фотонами, электронами, протонами, ионами гелия и углерода. Обсуждаются биофизические, молекулярно-биологические и иммунологические аспекты флэш-воздействия, необходимые для понимания радиационно-индуцированных процессов в клетках и тканях в целях совершенствования радиотерапии опухолей.
Биофизика. 2024;69(4):868-886
868-886
РЕЗУЛЬТАТЫ ФЛЭШ-ОБЛУЧЕНИЯ МЫШЕЙ in vivo ПРОТОНАМИ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ
Аннотация
Исследовано действие высокоэнергетического (660 МэВ) протонного облучения на ускорителе фазотрон во флэш-режиме (80 Гр/с) по сравнению со стандартной мощностью протонного воздействия 3.0 Гр/мин. При облучении в двух режимах в дозах 1.0 и 1.5 Гр оценивали индукцию цитогенетических повреждений в клетках костного мозга и состояние лимфоидных органов (тимус и селезенка), в дозах 7.0 и 8.0 Гр анализировали выживаемость при тотальном облучении мышей in vivo, а в дозах 40 и 60 Гр определяли скорость роста модельной опухоли при облучении ex vivo. Показано, что облучение животных во флэш-режиме в дозе 1.5 Гр защищает пролиферативную активность селезенки, а также приводит к снижению цитогенетических повреждений в эритроцитах костного мозга по микроядерному тесту по сравнению со стандартным режимом облучения в дозе 1.5 Гр, т.е. наблюдается более мягкое воздействие дозы флэш-режима. Однако облучение мышей во флэш-режиме в больших дозах (7.0 и 8.0 Гр) приводит к более ранней гибели животных по сравнению со стандартным режимом облучения. Только после флэш-облучения суспензии асцитной карциномы Эрлиха в дозе 40 Гр был сформирован опухолевый узел с дальнейшим ростом, во всех остальных группах опухоль не сформировалась.
Биофизика. 2024;69(4):887-894
887-894
ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ПРОТОНОВ С ЭНЕРГИЕЙ 90–170 МэВ НА ОРГАНЫ КРОВЕТВОРЕНИЯ ПРИ ТОТАЛЬНОМ ОБЛУЧЕНИИ МЫШЕЙ ТОНКИМ СКАНИРУЮЩИМ ПУЧКОМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЛИНЕЙНОЙ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ЧАСТИЦ
Аннотация
Исследовано действие протонного излучения при тотальном облучении мышей до пика и в пике Брэгга в диапазоне доз 0.1–1.5 Гр на индукцию цитогенетических повреждений в костном мозге, продукцию активных форм кислорода в цельной крови, состояние тимуса и селезенки в зависимости от линейной потери энергии. Обнаружено, что выход полихроматофильных эритроцитов с микроядрами при всех дозах протонного излучения в пике Брэгга с линейной потерей энергии 2.5 кэВ/мкм был близок к уровню линейной потери энергии с микроядрами для соответствующих доз рентгеновского излучения с линейной потерей энергии 2.0 кэВ/мкм, а при облучении до пика Брэгга с линейной потерей энергии 0.7 кэВ/мкм уровень цитогенетических повреждений был значительно ниже. Коэффициент относительной биологической эффективности, рассчитанный по выходу линейной потери энергии с микроядрами для протонов в пике Брэгга, равнялся 1.15, а до пика – 0.63. Выявлены органоспецифические различия в закономерностях патофизиологического действия в зависимости от величины дозы и линейной потери энергии протонов на тимус, селезенку мышей и состояние антиоксидантной системы клеток крови.
Биофизика. 2024;69(4):895-905
895-905
ПРОНИКНОВЕНИЕ ПОЛИФЕНОЛОВ ЧЕРЕЗ КОЖУ, ПОВРЕЖДЕННУЮ УКСУСНОЙ КИСЛОТОЙ
Аннотация
Ранее мы показали, что производные таксифолина – пентаглутарат таксифолина и конъюгат таксифолина с глиоксалевой кислотой – улучшают механические свойства материалов, полученных на основе коллагена. В процессе деградации таких материалов в окружающую среду высвобождаются биологически-активные полифенолы. Для оценки проникновения полифенолов через поврежденную кожу было использовано два подхода. В случае пентаглутарата таксифолина и таксифолина (использовали для сравнения) в структуру полифенола была введена флуоресцентная метка. В случае конъюгата получали флуоресцентный аналог. Было показано, что нанесение полифенольных соединений на поврежденный участок кожи приводит к формированию на его поверхности флуоресцирующего слоя. Было обнаружено, что флуоресцентные производные таксифолина и пентаглутарата таксифолина накапливаются в волосяных фолликулах. В случае таксифолина флуоресценция наблюдалась в более глубоких слоях дермы, чем в случае пентаглутарата таксифолина, свидетельствуя о лучшем проникновении таксифолина. Флуоресцентный аналог накапливался в придатках кожи в меньшей степени, чем другие соединения. Таким образом, полученные данные говорят о накоплении полифенолов в волосяных фолликулах, из которых они могут постепенно высвобождаться в окружающую ткань. В целом, полученные результаты свидетельствуют о том, что биологически активные полифенолы способны оказывать пролонгированное действие при местном применении. Это может иметь важное значение при лечении ожогов, в частности, при лечении ожогов II степени, при которых неповрежденными остаются многие деривативы кожи.
Биофизика. 2024;69(4):906-914
906-914
ЭФФЕКТ СИНХРОНИЗАЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ЧЕЛОВЕКА С ВАРИАЦИЯМИ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ: СУЩЕСТВУЮТ ЛИ ВЫДЕЛЕННЫЕ ЧАСТОТЫ?
Аннотация
Продолжено исследование феноменологии эффекта синхронизации колебаний сердечного ритма человека в покое с вариациями геомагнитного поля в диапазоне периодов 3–40 мин. В течение 2012–2023 гг. проведено 508 экспериментов (длительностью 100–120 мин каждый) по мониторингу минутных показателей сердечного ритма у трех практически здоровых женщин (55, 45 и 30 лет). Индивидуальные экспериментальные выборки составили 328, 113 и 67 записей соответственно. Показано, что для каждого из трех волонтеров примерно в 60% экспериментов вейвлет-спектр значений сердечного ритма оказывается очень близким со спектром синхронных вариаций хотя бы одной из горизонтальных компонент геомагнитного поля (X или Y). Также внутри исследованного частотного диапазона 3–40 мин выявлено три субдиапазона, в которых степень синхронности возникновения колебаний является максимальной: 3.5 мин, 10–12 мин и 33–36 мин. Можно сделать вывод, что, по-видимому, эффект биогеосинхронизации реализуется не равномерно по всему диапазону 3–40 мин, а преимущественно в данных субдиапазонах.
Биофизика. 2024;69(4):915-926
915-926
Дискуссии
РОЛЬ БИОФИЗИКИ В СОВРЕМЕННЫХ НАУКАХ О ЖИЗНИ
Аннотация
Приведен перечень обзоров автора и дано их краткое изложение. В них показано влияние биофизики на развитие наук о жизни. Биофизика, как системная наука, широко использует методы математического моделирования. Результаты моделирования важны как для теоретического развития биологии, так и развития прикладных наук — биомедицины, геронтологии, биобезопасности и робототехники.
Биофизика. 2024;69(4):927-934
927-934