Российские ученые определили, 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. Работа поможет в разработке новых препаратов для борьбы с болезнями мозга, например ишемическим инсультом.
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 — неподходящий размер, но детально влияние этого фактора на биологическую активность микроэлемента не была исследована.
Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва), 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 на чашках Петри астроциты головного мозга мышей — вспомогательные клетки нервной ткани, которые создают благоприятное окружение для нейронов и поддерживают их работу. К астроцитам добавляли растворы наночастиц селена размером 50, 100 и 400 нанометров, полученных из более крупных образцов материала путем измельчения лазерным излучением.
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 из-за стресса. 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.
«Наше исследование показало, что наночастицы селена размером 100 нанометров оказывают значительное защитное действие на клетки головного мозга. Благодаря этому они могут быть перспективны для профилактики и лечения ишемического инсульта. В дальнейшем мы планируем уточнить механизмы, которые приводят к отличиям в эффективности частиц селена разного размера», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Плотников, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ имени М. В. Ломоносова.
