Электрохимия поможет отслеживать активные формы кислорода и азота в печени

Активные формы кислорода и азота — обычные продукты метаболизма, регулирующие такие важные процессы, как деление и гибель клеток, работа иммунной системы. При патологии их баланс нарушается, развивается так называемый окислительный стресс, и эти вещества становятся опасны. Они могут нарушать работу жизненно необходимых систем, приводя к гибели клеток и тканей.

Контроль за содержанием активных форм кислорода и азота позволяет изучить динамику заболевания и оценить эффективность лечения, однако до сих пор нет достаточно эффективных подходов для работы непосредственно в организме пациента. В клеточных культурах зарекомендовали себя флуоресцентные и хемилюминесцентные метки, однако их проблематично применять для оценки содержания целевых молекул in vivo. Так, в кишечнике много активных форм кислорода, а потому краситель будет накапливаться в нем, и лишь в меньшей степени в целевом органе; свечение может перекрываться с собственной флуоресценцией тканей. Есть и иные подходы, требующие хирургического вмешательства, например прижизненная конфокальная микроскопия. В этом случае неизбежно возникает воспаление, которое также связано с продукцией реактивных соединений и чистота эксперимента будет нарушена, а подопытный может погибнуть. Особенно критично это при исследованиях внутренних органов, в том числе печени —именно она задействована в обезвреживании потенциально опасных веществ, а потому чаще всего страдает от дисбаланса реактивных форм.

Российские ученые предложили обнаруживать и количественно определять их с помощью электроаналитических методов: они не требуют введения в организм посторонних соединений, которые могут быть к тому же токсичны; измерение происходит в режиме реального времени и удается отслеживать даже короткоживущие активные формы азота и кислорода; наноразмерные электроды можно вводить даже в клетки через мембраны, практически не повреждая их. Свой подход авторы проверили на грызунах при исследовании трех моделей: химическое повреждение, удаление доли печени, гепатоцеллюлярная карцинома. Они связаны с различными процессами, вызывающими окислительный стресс в печени: массовая гибель клеток, воспаление, интенсивное деление, апоптоз и трансформация раковых клеток.

Применение наноэлектродов продемонстрировало, что во всех трех моделях действительно запускались механизмы продукции активных форм азота и кислорода, а также системы антиоксидантной защиты. Авторы смогли без последствий для подопытных животных в течение 40 минут исследовать печень на разной глубине; в целом для получения исчерпывающих данных на одно животное можно было затрачивать всего 5-10 минут. Вместе с тем предложенный учеными подход имеет ряд ограничений. Во-первых, посторонние предметы, прилипшие к поверхности датчика, могут мешать или даже блокировать сигнал. Во-вторых, этот датчик может обнаруживать только суммарные концентрации активных форм кислорода и азота без возможности различать их — в дальнейшем коллектив планирует перестроить свою установку так, чтобы решить эту проблему.

Таким образом, электрохимическое исследование может стать почти идеальным решением для измерения общего уровня реактивных соединений in vivo и многообещающим инструментом для доклинических и клинических исследований.