Российские специалисты выяснили, как именно разрушаются важные структуры живого организма
Многие нейродегенеративные недуги — например, болезни Альцгеймера и Паркинсона — связаны с нарушением целостности клеточных мембран. Российские специалисты впервые полностью описали процесс образования пор в этих структурах живого организма. Исследование поможет описать процессы, происходящие в организме при соответствующих заболеваниях, и разработать методы их лечения.
В исследовании участвовали ученые НИТУ «МИСиС», Института физической химии и электрохимии РАН и Института биоорганической химии РАН.
Липидные мембраны — это оболочки, которые отделяют клетки и их компоненты от внешней среды. Такие структуры выполняют ряд важных функций — в частности, они контролируют обмен веществ, пропуская различные молекулы в клетку или задерживая их.
Возможные нарушения этого барьерного механизма давно и активно изучаются — от нюансов проникновения разных веществ сквозь мембраны зависят стратегии лечения различных болезней. Сведения об образовании пор в мембранах также необходимы для разработки новых лекарств и точечной доставки препаратов.
Как пояснили авторы работы, сегодня существует множество экспериментально проверенных методов создания пор в мембранах, чтобы нужный препарат мог проникнуть в клетку. Однако до сих пор нет физической модели, описывающей формирование, рост и устойчивость таких пор. В новом исследовании авторы задались целью создать полную теоретическую модель, которая бы описывала все стадии их эволюции.
Созданная модель позволяет заранее описать, как именно мембрана отреагирует на механическое или электромагнитное воздействие. В некоторых случаях оно приводит к контролируемому формированию поры определенных размеров, а в других — к необратимому разрыву мембраны и гибели клетки.
Ученые также провели компьютерное моделирование липидной мембраны на уровне отдельных молекул. Результаты этих исследований совпали с предсказанием теоретической модели и имеющимися экспериментальными данными, позволили наглядно «увидеть», как эволюционирует пора.
— Эта работа потребовала очень больших трудозатрат, — рассказал «Известиям» ее соавтор, научный сотрудник кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС» Тимур Галимзянов. — Понадобилось долгое построение моделей и, главное, проведение огромного массива расчетов.
Научная работа, по мнению ее авторов, может стать фундаментом исследований, посвященных контролируемой доставке различных препаратов в клетку. Новая модель, вероятно, поможет описать процессы, связанные с нарушением целостности мембран. Это наблюдается при многих нейродегенеративных недугах — например, болезни Альцгеймера, Паркинсона, Пика, Гентингтона.
— Никогда раньше мы не проводили таких подробных и последовательных теоретических исследований, — добавил Тимур Галимзянов. — Результат оправдал усилия: нам впервые удалось построить полную модель процесса формирования пор в мембранах, позволяющую делать не только качественные, но и количественные предсказания.
Как пояснил «Известиям» директор Научно-исследовательского института молекулярной медицины Первого МГМУ имени Сеченова Андрей Замятнин, мембраны обладают уникальными свойствами, которые определяют саму возможность существования живых организмов.
— Например, появилось целое научное направление, нацеленное на создание систем адресной доставки лекарств в клетки. И здесь проблема преодоления мембран — одна из основных. Результаты, полученные авторами, помогают дальнейшему развитию таких исследований, — отметил Андрей Замятнин.
Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
