Том 69, № 2 (2024)

Реализован метод неравновесного анализа внутримолекулярных колебаний аминокислот глицина, дифенилаланина и триптофана в электрическом поле терагерцового и инфракрасного диапазонов, основанный на вычислении амплитудно-временных реализаций дипольного момента и их Фурьеспектра частот. Реализации продолжительностью до 2 нс были получены суперкомпьютерным моделированием с шагом дискретизации 1 фс. Результаты показали новые возможности применения данного метода, в котором впервые использовано электрическое поле, модулированное симметричным меандром. Дополнены фундаментальные представления о динамических свойствах биомолекул во внешних полях. Полученные данные могут быть использованы при разработке нанобиотехнологий, биоэлектронных и гетерогенных гибридных микроэлектронных приборов со встроенными биомолекулярными компонентами.

Методами компьютерного моделирования исследовали образование коротких фрагментов ДНК длиной до 3 тысяч пар нуклеотидов при действии на хроматин ионов азота (линейная передача энергии, ЛПЭ 97 кэВ/мкм) и железа (190 кэВ/мкм). Облучение заряженными частицами фибрилл хроматина в виде соленоидов с различными параметрами (количество нуклеосом на виток соленоида, расстояние между витками, диаметр фибриллы) моделировалось методом МонтеКарло, исследовалось влияние структуры фибриллы и линейной передачи энергии на вид распределений длин фрагментов. Показано, что для всех изученных структур хроматина и линейной передачи энергии наибольшие частоты фрагментов наблюдаются в области ~100 п.н., соответствующей образованию разрывов ДНК в двух соседних витках спирали на нуклеосоме. От степени компактности структуры фибриллы зависит наличие и высота пика в области ~1000 п.н., соответствующего образованию разрывов ДНК в двух соседних витках соленоида. Положение этого пика не зависит от линейной передачи энергии. Предположение о популяции фибрилл хроматина с различной структурой в облучаемой клетке позволяет количественно описать экспериментальные распределения длин радиационно-индуцированных фрагментов ДНК.

Ранее нами было показано, что гетероароматический антиоксидант оксибиол (N-ацетилцистеинат 6-гидрокси-2-аминобензотиазол) ингибирует процесс фруктозилирования сывороточного альбумина. Цель настоящего исследования – выяснение ингибирующего действия оксибиола в отношении модификации белков продуктами фотодеструкции бисретиноида А2Е – основного флуорофора липофусциновых гранул клеток ретинального пигментного эпителия глаза человека. Показано, что водорастворимая фракция, полученная из облученных видимым светом А2Елипосом, в отличие от водорастворимой фракции из необлученных А2Е-липосом, существенно модифицировала альбумин уже через сутки инкубации при 37°С. Оксибиол в миллимолярных концентрациях эффективно ингибировал этот процесс. В основе ингибирующего действия оксибиола, вероятно, лежит его антиоксидантная активность и способность к конкурентному взаимодействию с реактивными альдегидами, образующимися в ходе фотоокислительной деструкции А2Е-кардиолипиновых липосом. Исследована острая токсичность оксибиола на мышах при внутрибрюшинном введении, определены величины LD 10 и LD 50. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования оксибиола в фармакологии для предотвращения и лечения заболеваний, связанных с развитием окислительного стресса в различных областях медицины, в первую очередь в офтальмологии.

Исследовано влияние регулятора роста растений амбиола на функциональное состояние митохон дрий этиолированных проростков гороха. Препарат предотвращал активацию перекисного окисле ния липидов в мембранах митохондрий в концентрационном интервале 10–5–10–6 и 10–9 М. Вве дение амбиола в среду инкубации этих органелл приводило к увеличению скоростей окисления НАД-зависимых субстратов. При этом наиболее эффективными концентрациями являлись 10–5 и 10–6 М. Изменения в биоэнергетических характеристиках митохондрий сопровождались измене нием жирнокислотного состава мембран митохондрий. Наиболее значительные изменения проис ходили в содержании 18:2 ω6 и 18:3 ω3 жирных кислот. Предполагается, что увеличение содержания этих жирных кислот в мембранах митохондрий свидетельствует об увеличении содержания кардио липина, обеспечивающего эффективное функционирование дыхательной цепи митохондрий и, следовательно, обеспечивающего поддержание энергетического метаболизма на высоком уровне. Обработка семян гороха амбиолом не только предотвращала снижение темпов роста проростков го роха в условиях дефицита воды, но и стимулировала их рост.

Оксид азота является сигнальной молекулой растений в стрессовых условиях, также эта молекула может обладать токсичным действием. В работе проведено исследование дозозависимого действия донора оксида азота натрий-μ2-дитиосульфатотетранитрозилдиферрат тетрагидрата на структурное состояние мембран митохондрий эпикотилей проростков гороха. При обработке митохондрий данным препаратом в концентрации 10–8 М наблюдались термоиндуцированные структурные переходы при температурах от 15°С до 21°С и от 30°С до 36°С в липидных областях и при температурах от 12°С до 15°С и от 27°С до 33°С – в прибелковых областях мембран. В липидных областях мембран препарат проявлял антиоксидантные свойства, приводя к накоплению содержания длинных ненасыщенных жирных кислот. Обработка митохондрий натрий-μ2-дитиосульфатотетранитрозилдиферрат тетрагидратом в дозе 10–4 М, по-видимому, приводила к значительному увеличению уровня пероксидного окисления липидов и текучести липидной фазы мембран.

Перенос ионов кальция через клеточную мембрану кардиомиоцита сопряжен с преодолением высокого энергетического барьера и может быть нарушен воздействием вибрации. Поскольку лекарственные препараты группы блокаторов кальциевых каналов способны уменьшать повреждение митохондрий и клеточных мембран, оценено действие блокаторов кальциевых каналов нифедипина (адалата) в дозе 7.5 мг/кг на энергетический обмен кардиомиоцитов в условиях вибрационно-опосредованной (56 сеансов вибрации с частотой 44 Гц и амплитудой 0.5 мм) модели клеточной гипоксии. Функциональные состояния митохондрий в составе 30% гомогената ткани миокарда левого желудочка сердца кролика изучали полярографическим методом с помощью закрытого кислородного датчика гальванического типа в термостатируемой кювете объемом 1 мл при содержании белка в ячейке 2.4 ± 0.5 мг, измеренного модифицированным микробиуретовым методом. У животных, подвергнутых вибрации на фоне блокаторов кальциевых каналов, скорость эндогенного дыхания (V э) удержалась на уровне интактных животных и составила 16.4 ± 4.1 [нг-атом О] мин–1мг–1 белка, чувствительность к амиталу возросла на 39%, а чувствительность к малонату снизилась на 40% по сравнению с показателями животных, подвергнутых вибрации без фармакологической защиты. Показатели соотношения активности митохондриальных ферментных комплексов I и II и процессов регуляции в разных метаболических состояниях митохондрий подтвердили восстановление активности митохондриального ферментного комплекса I, угнетенное воздействием вибрации, и регуляторное ограничение митохондриального ферментного комплекса II. Выявленное энергопротективное действие блокаторов кальциевых каналов повысило виброустойчивость ткани, предотвратив развитие в ней некротических изменений.

Исследовано совместное влияние электролиза и ультразвука на популяцию бактерий E. coli в водном растворе сульфата натрия. Определена кинетика инактивации бактерий при применении этих методов для очистки воды. Показано, что совместное действие ультразвуковой и электрохимической обработки водного раствора значительно увеличивает скорость инактивации бактерий. Высказано предположение, что за гибель бактерий ответственны гидроксильные радикалы, образующиеся в процессе комбинированной обработки. Установлена корреляция между скоростью образования гидроксильных радикалов и скоростью инактивации бактерий.

Флэш-терапия – инновационный метод облучения, который обеспечивает подведение лечебной дозы к патологическому очагу за времена порядка нескольких десятков миллисекунд. В таком режиме облучения уменьшается степень повреждения нормальных тканей, окружающих опухоль и попадающих под действие излучения, в то же время воздействие на раковые клетки сохраняется практически на прежнем уровне, что улучшает перспективу локального контроля опухоли при меньшей частоте возникновения побочных эффектов. На сегодняшний день точные радиобиологические механизмы, лежащие в основе флэш-эффекта, до конца неясны. В статье приведены результаты работы по формированию высокоинтенсивного пучка протонов с энергией 660 МэВ от ускорителя «фазотрон» Объединенного института ядерных исследований (Дубна), предназначенного для проведения радиобиологических исследований при облучении методом флэш-терапии клеточных культур и малых лабораторных животных (мыши, крысы). Также проведено сравнение выживаемости клеток линии А549 при облучении протонным пучком в двух режимах: флэш и стандартном. Обнаружено различие в изменении выживаемости клеток А549, облученных в флэш- и стандартном режимах. Величина флэш-эффекта представлена фактором изменения дозы.

Продемонстрировано полное сохранение у препарата «Оксаком» гипотензивной активности, обусловленной наличием у этого препарата биядерной формы динитрозильного комплекса железа с глутатионом, при хранении этого лиофильно высушенного препарата в откачанной от воздуха ампуле в течение 15 лет при комнатной температуре. Предполагается, что окисление лигандов глутатиона в составе динитрозильных комплексов железа постепенно проникавшем в препарат воздухом, которое могло бы привести к распаду этих комплексов, предотвращалось значительным количеством имевшегося в этом препарате свободного (не включенного в динитрозильные комплексы железа) глутатиона.

Представлен обзор методов визуализации изображения и другие биофизические подходы, которые демонстрируют валидность применения высших беспозвоночных животных из подтипа ракообразные Daphnia magna в качестве тест-модели для биомедицинских и экотоксикологических исследований. Описаны основные характеристики животных, такие как прозрачное тело, малые размеры, фильтрующий тип питания, наличие оформленных органов, а также короткий жизненный цикл, высокая плодовитость и чувствительность к токсикантам, позволяющие использовать данный тесторганизм в опытах in vivo как альтернативную теплокровным животным модель. Проведен анализ публикаций, в которых D. magna были использованы в качестве модели для визуализации накопления и распределения наноматериалов в организме, а также для анализа механизмов цитотоксичности. Описаны методы флуоресцентной визуализации, интерференционной микроскопии и спектрофотометрии.

Рассмотрены результаты анализа пятилетних временных рядов наблюдений за геофизическими (экологическими) ритмами – атмосферного давления и геомагнитной активности и оценено их влияние на артериальное давление и частоту сердечных сокращений человека для временных периодов колебаний более суточных. Обнаружено, что в периоды времени продолжительностью около 15 суток, когда атмосферное давление изменяется плавно и незначительно, наблюдается более спокойный сердечный ритм и колебания артериального давления. Такие «спокойные» периоды времени наблюдаются преимущественно в летние месяцы с июля по август, обычно только один раз за сезон. Сравнение графиков колебаний систолического давления и индекса геомагнитной активности показали наличие корреляции между ними в три раза превышающую значение корреляции между систолическим давлением и атмосферным давлением. Это означает, что геомагнитное поле с индексом активности более 2 в большей степени влияет на повышение систолического давления у человека. Проведенный анализ также показал, что периоды пиков в спектрах атмосферного давления хорошо согласуются с периодами ритмов частоты сердечных сокращений. Результат указывает на то, что на эти ритмы у людей могут оказывать влияние проходящие через регион синоптические процессы в атмосфере типа циклонов и антициклонов и, в конечном итоге, от них может зависеть самочувствие пожилых и больных людей. Данное исследование с учетом публикуемой гидрометеорологическими службами вариабельности геофизических параметров позволяет прогнозировать состояние здоровья человека.

Проанализированы исследования последних лет, использующие прайминг, или эффект предшествования, при восстановлении нарушенных функций и когнитивной реабилитации пациентов неврологической клиники. Рассмотрены различные виды прайминга, включая транскраниальную магнитную и электрическую стимуляцию, а также предварительное предъявление акустических и зрительных стимулов. Представленные данные показывают, что диапазон условий и конкретных видов успешного применения прайминга в клинике достаточно широк, а число предпринятых исследований ежегодно возрастает. Считается, что в основе позитивных эффектов прайминга при лечении многих неврологических и психогенных расстройств лежит активация механизмов нейропластичности. На примере собственных исследований автора подчеркиваются достоинства зрительного прайминга в виде резонансного сканирования, или светодиодной фотостимуляции с градуально возрастающей частотой в пределах основных ритмов электроэнцефалограммы.