Ученые создали самый точный в мире аппарат для анализа клеток крови, по результатам которого можно оценить, например, риск преждевременных родов.
Работа по развитию технологии сканирующей проточной цитометрии ведется уже долгое время. Совсем недавно проект по применению этого цитометра для исследования аномалий эритроцитов крови при патологиях беременности был поддержан РФФИ. Инициаторами работы стали коллеги из Университета города Квебек. Они обратились к новосибирским ученым с просьбой решить насущный для Канады вопрос - растущее количество преждевременных родов, связанных с гипоксией плода.
- Эти люди знали, что наша технология измерения биологических клеток передовая. Оценивая динамические характеристики клеток крови, мы должны были диагностировать степень риска развития гипоксии на ранней стадии, чтобы своевременно назначить эффективную терапию. Однако гипоксия плода существует не только в Канаде: во всем мире отмечается 11% подобных случаев от общего числа деторождений, и эта статистика не снижается, поэтому проект актуален в принципе, - рассказывает руководитель лаборатории доктор физико-математических наук Валерий Павлович Мальцев.
В вопросе кислородного голодания плода определяющую роль играют эритроциты. На поверхности их мембран есть специальные белки - анионные обменники - которые являются посредниками транспорта углекислого газа. Однако не все эти они активны. От количества активных белков на эритроцитах зависит скорость анионного обмена. Недостаточное количество работающих анионных обменников приводит к критичному накоплению углекислоты в клетках и, как следствие, к кислородному голоданию.
Ученые изучили свойства красных кровяных телец с точки зрения биофизики: как функционируют, с какой скоростью происходит обмен веществ между клетками и окружающей плазмой. Оказалось, когда возникает риск преждевременных родов, некоторые характеристики крови достигают критического значения. Например, анионная проницаемость мембраны эритроцитов опускается ниже допустимой величины, приводя к избыточному накоплению углекислоты в клетках. Организм матери, реагируя на нарушение нормального обмена углекислого газа на кислород, избавляется от ребенка. Ученые смогли сделать то, что никто в мире больше не умеет - вычислить критическую величину такого нарушения.
- Биофизика измеряет биологические объекты и процессы, поэтому для своего исследования нам нужно было выбрать инструмент. Им оказалось лазерное излучение, которое мы используем как линейку. В приборе есть пробирка, в нее наливается образец - кровь с физраствором, затем игла с помощью насосов вбирает жидкость и отправляет ее в измерительную ячейку. Там лазер освещает клетки, и они рассеивают излучение во все стороны. Измерительная система сканирует интенсивность излучения, передает данные на компьютер и интерпретирует информацию, - говорит кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории, доцент кафедры нормальной физиологии Новосибирского государственного медицинского университета Дмитрий Строкотов.
- Мы измеряли показатели крови у беременных женщин в период терапии риска преждевременных родов. И заметили, что тот препарат, который им вводят в кровь - магнезия - у всех пациенток существенно увеличивает скорость анионного обмена эритроцитов, понижая риск выкидыша. Чтобы доказать влияния препарата на красные кровяные тельца, мы провели эксперименты in-vitro: отдельно в пробирке смешивали цельную кровь пациентов с препаратом и регистрировали в каждом случае заметное увеличение скорости анионного обмена в эритроцитах. Сравнив полученные экспериментальные данные с разработанной кинетической моделью, мы поняли, что именно магний, а точнее ион магния, активирует белки. Сделав вычисления, мы определили, сколько препарата магнезии необходимо, чтобы оптимально «включить» белки-обменники за нужное время, - говорит магистрант физического факультета НГУ Екатерина Чернышова.
Причина того, почему величина некоторых показателей крови становится критической, пока не ясна. Никто раньше не проводил подобные измерения. Но уже сейчас ученые, используя свою технологию, могут изучать, как питание и психологическое состояние организма влияют на количество активных белков-обменников эритроцитов, а также подобрать пищевые добавки, содержащие в себе нужную концентрацию тех веществ, которые смогут улучшить ситуацию.
Если вы почувствовали, что начинаются преждевременные роды, нужно сразу измерить уровень анионного обмена эритроцитов. Но еще лучше заранее проследить динамику: если количество активных белков-обменников постепенно снижается- предупредить риск, не дать данной величине опуститься до критической.
Ученые измеряют не только эритроциты, ведь это лишь одна составляющая из форменных элементов крови. Еще существуют, например, тромбоциты, которые задействованы в не менее важных функциях, от них зависит гемостаз - свёртываемость крови. Высокий активационный фактор кровяных пластинок вызывает предрасположенность к тромбозу, инфарктам, инсультам, а низкий - к гемофилии. Но основной проблемой диагностики ранних стадий нарушения гемостаза является регистрация слипания небольшого количества клеток, на первой стадии - всего двух, которые образуют димеры.
- Теоретически, мы задачу решили: при помощи двух лазеров нужно идентифицировать мономеры и димеры тромбоцитов. Когда мы научимся их различать между собой, то сможем выяснить, с какой скоростью образуются агрегаты. И тогда все инфаркты и инсульты будут под нашим контролем уже с самой ранней стадии их развития, - объясняет Валерий Мальцев.
Разработка запатентована, но, по словам ученого, из года в год повторяется одно и то же: нет ни государственных структур, ни частных компаний, которые бы заинтересовались этой технологией, хотя по возможностям она далеко обогнала все существующие в мире системы анализа клеток крови.
- Наша установка есть только в виде экспериментального прототипа, но должна быть создана конструкторская группа, которая переработает ее в удобный анализатор. Путь от макета, который есть на стенде, до аппарата в центре медицинских технологий должен быть финансово обеспечен, но у государства есть другие заботы, а частные инвесторы просто боятся связываться с коммерциализацией медицинского оборудования, потому что сложно протащить изобретение через министерства и экспертизы. С западными компаниями трудно конкурировать, ведь они уже прошли лицензирование в своей стране и продают оборудование, в том числе и в Россию, - говорит Валерий Мальцев.
Дарина Муханова
Фото предоставлено ИХКИГ СО РАН