Ученые лаборатории оптики и динамики биологических систем Физического факультета Новосибирского государственного университета исследуют процесс активации тромбоцитов, воздействуя на эти клетки крови лазерным импульсом. Это позволит им наблюдать за «поведением» тромбоцитов в контакте с несколькими веществами-активаторами в режиме реального времени. Исследование поддержано грантом РНФ № 23-75-10049 и ведется в рамках проекта «Исследование активации тромбоцитов под воздействием комбинированных стимулов с помощью оптически-опосредованного высвобождения лигандов».
Тромбоциты — самые маленькие клетки крови, которые обеспечивают защиту организма от кровотечений, а также реагируют на повреждение сосудов. Оно вызывает образование веществ, которые переводят тромбоциты в активную форму. Тромбоциты резко изменяют свою форму и обретают способность «склеиваться» друг с другом и со стенкой сосуда, создавая тромб, который способствует остановке кровотечения. При повышенном уровне содержания в крови тромбоциты закупоривают сосуды и препятствуют кровообращению, что может привести к опасным последствиям. При низком уровне имеется риск внутренних кровоизлияний.
– При некоторых заболеваниях тромбоциты активируются и образуют первичный агрегат даже без повреждения сосуда. Это приводит к тромбозам, инфарктам, инсультам и закупорке сосудов. Тромбоциты – клетки очень чувствительные, и могут перейти в активное состояние при попадании в кровоток даже небольшого количества определенных веществ. Потом активированные тромбоциты начинают слипаться друг с другом, образуя агрегаты. А это уже опасное состояние, которое может привести к фатальным для пациента последствиям. Мы, как физики, хотим изучить процесс активации тромбоцитов, посмотреть, как они реагируют на внешнее воздействие и обрести понимание этого процесса за счет разработанных нами уникальных экспериментальных методик. В нашей методике тромбоцит активируется с помощью лазерного импульса. Это позволяет точечно воздействовать на конкретную клетку и увидеть, как она активируется, в реальном времени. Зачастую в лабораторных условиях активацию тромбоцитов вызывают добавлением вещества, которое перемешивается с ними, в таком случае исследователь может невольно упустить момент ее возникновения. Ведь активация - очень быстрый процесс, она происходит за доли секунды. При использовании нашего метода к тромбоцитам добавляется то же вещество, но в неактивной форме - модифицированное специальной защитной группой. Будучи неактивным, оно перемешивается с тромбоцитами, но при этом клетки остаются в нормальном состоянии. Затем с помощью короткой лазерной вспышки мы переводим в активную форму это вещество, которое затем присоединяется к рецептору тромбоцита и запускает каскад активации. И весь этот процесс мы можем наблюдать от начала до конца, — рассказал заведующий лабораторией Александр Москаленский.
В организме человека активация тромбоцитов происходит в ответ на стимулы, возникающие при повреждении сосудистой стенки. Это инициирует дальнейшие реакции, способствующие остановке кровопотери. Активация не должна происходить в нормальных сосудах, поскольку это привело бы к нарушениям кровотока уже внутри организма. Необходимость быстрой реакции в экстренном случае заставляет тромбоциты всё время находиться в состоянии «боевой готовности». Активация тромбоцитов регулируется различными факторами через несколько видов рецепторов.
Однако, как отметил Александр Москаленский, в большинстве современных работ изучается сигнальный каскад для какого-то одного фактора без учета других, тогда как исследование совместного действия различных стимулов является важным следующим шагом для понимания механизмов и закономерностей активации тромбоцитов в организме. В частности, важнейшая система ингибирования в интактных сосудах опосредована оксидом азота (NO), но создать такую систему in vitro крайне сложно в силу того, что молекула NO является короткоживущей, а в сосудах она постоянно продуцируется эндотелиальными клетками.
– Обычно активацию тромбоцитов в лабораториях изучают под воздействием какого-либо одного активатора. Например, АДФ и адреналина. В данном проекте мы будем использовать метод оптически индуцированного высвобождения лигандов (химических соединений, которые образуют комплекс с той или иной биомолекулой и производит, вследствие такого связывания, те или иные биохимические, физиологические или фармакологические эффекты) для исследования взаимного влияния сигнальных путей активации/ингибирования тромбоцитов. Этот подход имеет целый ряд преимуществ, так как агонисты, которые действуют на тромбоциты и приводят к активации, высвобождаются оптическим импульсом с полным контролем концентрации, времени и места в образце. Ранее мы уже использовали этот метод для активации тромбоцитов с помощью фотолабильных аналогов АДФ и адреналина. В данном проекте мы реализуем систему активации несколькими лигандами в разных комбинациях, причем, концентрация каждого из них будет контролироваться независимо с помощью света определенного спектра. С помощью описанной мультиспектральной системы активации мы также сможем контролировать время начала действия одного стимула относительно другого. Предварительные данные показывают, что это может быть не менее важно, чем концентрация веществ, – объяснил руководитель лаборатории.
Проект рассчитан на три года, к его реализации приступили несколько месяцев назад. Исследователи планируют использовать уже накопленный опыт предыдущих исследований. Они намерены отработать метод оптического высвобождения лигандов для независимого контроля концентрации АДФ, адреналина и оксида азота (NO) в образце. Такая мультиспектральная система позволит проводить принципиально новые эксперименты, причем не только для тромбоцитов.
С помощью разработанного метода ученые хотят получить экспериментальные данные по динамике кальциевой сигнализации в одиночных тромбоцитах в ответ на действие комбинированных стимулов: АДФ + адреналин, АДФ + NO. Александр Москаленский подчеркнул, что такие измерения ранее в мире не проводились. Известны исследования взаимного влияния АДФ и NO, но концентрация последнего не контролировалась, а концентрация кальция измерялась лишь в суспензии, а не в одиночных тромбоцитах. Система, разработанная учеными НГУ, позволит исправить эти недостатки.
Впервые будут проведены исследования влияния относительного времени высвобождения молекул на синергизм/антагонизм.
– Такие исследования возможны только с помощью разработанного нами метода. Уже сейчас имеющаяся в нашем распоряжении электронная система позволяет достичь разрешения по времени в несколько миллисекунд, и этот параметр может быть при необходимости улучшен. С другой стороны, такие измерения позволят изучить динамические характеристики сигнальных путей тромбоцита и определить важные для моделирования параметры.
Мы надеемся, что полученные данные в будущем позволят более рационально контролировать работу тромбоцитарного звена гемостаза в клинической практике и для профилактики заболеваний, – сказал Александр Москаленский.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии