Коллектив российских ученых из ведущих университетов предложил новую методологию диагностики гипертонии, позволяющую обнаружить патологию на ранней стадии и вовремя начать лечение. Способ основан на применении серебряных наноструктур, которые повышают чувствительность поверхностно-усиленной Раман-спектроскопии (метод изучения состава и молекулярного строения любого вещества с помощью рассеянного излучения). Предложенный метод позволяет с высокой точностью обнаружить изменения способности эритроцитов переносить кислород на начальных стадиях гипертонии. По мнению авторов исследования, новые возможности необходимо использовать для дальнейшей разработки и совершенствования методологии ранней диагностики гипертонии и других сердечно-сосудистых заболеваний.
Повышенное артериальное давление зачастую приводит к нарушению эластичности сосудов, когда у молекулы гемоглобина меняется так называемое сродство к кислороду (стремление элементов образовывать химические соединения) и эритроциты хуже транспортируют кислород в капиллярах легких. Изменение упругости мембраны эритроцитов может стать причиной кислородного голодания органов (гипоксии), а затем вызвать инфаркт или инсульт. Эти процессы зависят как от состояния клеточной мембраны, объема клетки, так и от патологических процессов в гемоглобине.
Идентификация и мониторинг молекулярных процессов при таких патологиях, возникающих на клеточном уровне, могут помочь в развитии методов ранней диагностики, индивидуальному подходу к назначению лекарств с учетом показателей не только гемодинамики, но и состояния гемоглобина для повышения эффективности лечения и снижения риска поражения внутренних органов.
Ученые Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) «МИСИС», Московского физико-технического института, Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Копенгагенского университета предложили метод исследования эритроцитов крови при различных патологиях с использованием коллоидного раствора наночастиц серебра и серебряных наноструктурных поверхностей для повышения точности поверхностно-усиленной Раман-спектроскопии (СЕРС).
«Раствор наночастиц серебра распыляли на поверхности стекла и подвергали термической обработке. Ранее было доказано, что использование таких наноструктурированных подложек позволяет получить более высокое разрешение при исследовании объекта с помощью Раман-спектроскопии», – рассказал один из авторов исследования, доктор биологических наук, профессор кафедры физического материаловедения НИТУ «МИСИС» Георгий Максимов.
Исследователи изучили образцы крови крыс с нормальным и повышенным артериальным давлением и установили, что при гипертонии наблюдается увеличение вязкости плазматической мембраны эритроцитов. В качестве возможного объяснения этому авторы приводят результаты, свидетельствующие о высоком уровне холестерина в мембране эритроцита, который часто наблюдается у гипертоников. В результате ученые пришли к выводу, что повышенный уровень холестерина в крови повышает вязкость плазматической мембраны и нарушает ряд функций эритроцитов (статья опубликована в журнале Biosensors).
«Наши совместные исследования показали, что использование метода, основанного на гигантском комбинационном рассеянии (ГКР), дает возможность увидеть патологические изменения в клетках уже на ранних стадиях, тогда как другие методы еще не фиксируют патологию. Кроме того, мы показали, что важна определенная конфигурация наноструктур, которая позволит работать с такими крупными объектами, как клетки. Чтобы определять патологии, необходимо проникнуть глубоко внутрь самой клетки, что и позволяют сделать наши ГКР-структуры. Таким образом, наше исследование может стать основой новой методики диагностирования заболеваний на ранних стадиях», – рассказал о проекте старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Сергей Новиков.
Кроме того, применение СЕРС впервые позволило ученым выявить изменение конфигурации гема (участок связывания газов в молекуле гемоглобина) в эритроцитах крыс-гипертоников. Авторы исследования полагают, что этот эффект связан с увеличением вязкости мембраны эритроцита при гипертонии, так как изменяется диффузия кислорода через мембрану и молекула гемоглобина связывает и переносит меньше кислорода. Все это, в свою очередь, приводит к нарушениям поставки кислорода в ткани.
Исследование в НИТУ «МИСИС» ведется в рамках стратегического проекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030» нацпроекта «Наука и университеты».
Источник: Минобрнауки России
