Разработка химиков СПбГУ поможет лучше понять механизмы нейродегенеративных заболеваний

Результаты проекта «Металлопротеины и низкомолекулярные формы селена, меди и марганца в этиологии нейродегенеративных заболеваний», поддержанного грантом РФФИ, опубликованы в журналах Analytica Chimica Acta, Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, Neurodegenerative Diseases и Biological Trace Element Research.

У людей, страдающих нейродегенеративными заболеваниями (болезнью Альцгеймера, болезнью Паркинсона, боковым амиотрофическим склерозом и др.), постепенно гибнут нервные клетки. Спровоцировать слабоумие, нарушение движений и другие патологии нервной системы может в том числе высокая концентрация металлов в организме. Так, в Южной Дакоте (США) эпидемиологи впервые изучили токсичность селена и его влияние на развитие мышечной дистрофии. В этом штате наблюдается геологическая аномалия — повышенное содержание селена в почве, что приводит к массовой мышечной дистрофии у скота. Схожая ситуация была замечена и в регионе Эмилия-Романья (Италия). Высокая концентрация селена в местной водопроводной воде спровоцировала повышенную заболеваемость боковым амиотрофическим склерозом (БАС) среди местных жителей.

«Селен — это как рок-звезда с плохой репутацией. Ученые до сих пор спорят о пользе и вреде этого микроэлемента. Одни считают, что количество селена в организме надо повышать, потому что он отвечает за антиоксидантную защиту. К тому же уникальный механизм того, как селен реализует свои жизненно необходимые функции, существенно отличается от других микроэлементов — это происходит непосредственно на рибосоме при синтезе белка, что дополнительно привлекает к нему повышенное внимание. Другая группа специалистов ссылается на исследования, согласно которым избыток селена способствует развитию онкологических заболеваний, а также диабета второго типа. Я думаю, истина где-то посередине: согласно европейской рекомендации селен должен поступать в организм в количестве около 80 микрограмм в сутки», — рассказывает руководитель проекта, доцент СПбГУ кандидат химических наук Николай Соловьев.

Металлы, содержащиеся в организме, участвуют в обмене веществ, а значит, в больших концентрациях всегда токсичны. Например, марганец и медь способны вызывать окислительные каскады, которые отравляют организм. Вместе с тем эти же металлы входят в состав ферментов, которые такие каскады замедляют. Таким образом, одни и те же элементы одновременно разрушают и защищают организм от негативных последствий.

Свой вклад в изучение этой темы вносят ученые СПбГУ, которые совместно с итальянскими коллегами проводят исследование, посвященное влиянию некоторых металлов на развитие БАС. Химики разрабатывают методики для определения химических форм металлов для исследования их биологической активности — в частности, их транспорта и метаболизма в центральной нервной системе.

«Эти жизненно необходимые микроэлементы — селен, медь и марганец — связываются со специфическими белками-переносчиками, чтобы контролируемо, другими словами, дозировано проникать через физиологические барьеры — в первую очередь в головной мозг. Эти комплексы с белками — высокомолекулярные химические формы — биологически активны и имеют строго определенную функцию — например, ферментную или сигнальную. С другой стороны, при избыточном поступлении микроэлементов или нарушении их метаболизма в организме увеличивается концентрация металлов, не связанных с белками, — низкомолекулярных химических форм. Эти формы, как правило, ответственны за токсичность и прочие нежелательные эффекты. Мы заинтересованы в изучении поведения металлов в центральной нервной системе, поэтому и работаем с образцами спинномозговой жидкости, биологической средой организма, непосредственно контактирующей с тканью головного мозга», — отметил доцент СПбГУ кандидат химических наук Николай Соловьев. Анализ спинномозговой жидкости — это один из немногих способов выяснить, что в химическом плане происходит в мозге человека. В качестве дополнительного объекта исследования в проекте также изучают химические формы селена, меди и марганца в сыворотке крови.

С помощью методов масс-спектрометрии (сверхчувствительного аналитического метода), а также хроматографии мы определяем концентрацию химических форм металлов в спинномозговой жидкости. Сам процесс исследования довольно сложный, так как металлы содержатся в этой жидкости в небольших количествах: например, селена всего около двух микрограмм в одном литре. Это создает трудности не только на этапе разработки методики, но и при интерпретации результатов и контроле качества измерений. Другой проблемой является то, что традиционные методы подготовки проб, принятые в элементном анализе, здесь, как правило, неприменимы.

Доцент СПбГУ Николай Соловьев

По словам эксперта, непросто получить и сам объект исследования. Дело в том, что забор спинномозговой жидкости производят с помощью специальной иглы, при такой манипуляции есть малая доля вероятности, что больной останется парализованным ниже пояса. Чтобы избежать неоправданных рисков, спинномозговую жидкость можно получить для анализа только по предписаниям невролога и только для клинической диагностики определенных заболеваний. Для научных целей можно использовать оставшуюся часть биообразца.

Результаты исследования ученых СПбГУ помогут эпидемиологам, биологам и медикам определить, какие патологические процессы происходят в организме людей, имеющих нейродегенеративные заболевания. Кроме того, полученные данные позволят установить, в каких концентрациях селен, медь и марганец безопасны для организма.