Год Науки

Поможет ли атомно-силовая микроскопия в борьбе с раковыми клетками?

12:00 / 31.10.2017
Автор: Сычкова Татьяна
Фото: Анна Пащенко

В Гомельском государственном медицинском университете уже более 10 лет занимаются изучением клеток с  помощью уникального прибора – атомно-силового микроскопа, позволяющего не просто их увидеть, но и пощупать в буквальном смысле слова, определить их механические свойства, выявить возможные изменения, а главное – приоткрыть завесу тайны в вопросе злокачественных перерождений. Проводимые исследования настолько перспективны, что в 2017-м году профессору кафедры медицинской и биологической физики Гомельского государственного медицинского университета Марии Стародубцевой выдан Грант Президента Республики Беларусь. Каких успехов уже удалось добиться в этой области? Поможет ли атомно-силовая микроскопия в борьбе с раковыми клетками? Об этом читайте в очередном выпуске «Наукограда».  

 

На микроскопе, выпущенном в Гомеле 

 

Заниматься научно-исследовательской работой Мария Николаевна начала ещё в студенческие годы. С отличием окончив физический факультет Белорусского  государственного университета, молодой специалист попросила направить её в недавно созданный в Гомеле медицинский институт. Под руководством академика НАН Беларуси С. Н. Черенкевича она защитила сначала кандидатскую, а затем и докторскую диссертации по биофизике клеток. А в свете аварии на Чернобыльской АЭС выбранная тема приобрела особую важность, поскольку радиация является повреждающим клетки фактором и может непосредственно и опосредованно вызывать их раковые перерождения.  

 

– Одним из отличительных признаков онкологических заболеваний является метастазирование – перенос клеток опухоли преимущественно по кровеносным сосудам из первичного очага в другие места организма, – рассказывает Мария Стародубцева. – Во многом это связано с особенностью структурных и механических свойств их поверхности. Исследованием свойств поверхностного слоя клеток, включая раковые, я и занимаюсь.

 

В данной области хорошим помощником учёного является атомно-силовой микроскоп (АСМ). В 1980-е годы, когда прибор был создан, он произвёл настоящую революцию в изучении  поверхностей твёрдых тел. Принцип действия такого микроскопа достаточно прост, но, как говорится, всё гениальное просто. 

 

– На конце упругой консоли, движущейся по задаваемой траектории, закреплена наноразмерная игла-зонд, касающаяся исследуемой поверхности. Информацию о свойствах поверхности мы получаем благодаря взаимодействию атомов (молекул) поверхности объекта с атомами (молекулами) острия иглы-зонда, – поясняет профессор. –  При таком прощупывании поверхности отклонения зонда от исходного положения фиксируются лучом лазера с помощью фотодетектора, а полученные данные в цифровом виде записываются и обрабатываются компьютером.  

 

 

izobrazhenie_rakovoy_kletki_poluchennoe_na_asm.jpg

Изображение раковой клетки,полученное на АСМ

 

 

В сравнении со световой и электронной микроскопией АСМ имеет ряд преимуществ. Он позволяет получить не только трёхмерное изображение самой поверхности, но и информацию о её механических свойствах. Кроме того, даёт возможность проводить исследования объектов в различных средах, в том числе жидкостях, при различных температурах, что исключительно важно для клеток.

 

Атомно-силовые микроскопы относятся к области нанотехники и выпускаются во многих странах: США, Германии, Франции, России. Не отстаёт в этом вопросе и наша республика, причём предприятие по их производству (ОДО «Микротестмашины») находится именно в Гомеле. В настоящее время работа в университете ведётся на отечественном атомно-силовом микроскопе НТ-206. Он предназначен, в основном, для технических целей (материаловедения). Однако совместно с разработчиками сотрудникам мед-университета удалость адаптировать его для исследования свойств клеток.  

 

Упругость раковой клетки связана со стадиями болезни

 

Впечатляющие результаты отечественных учёных не заставили себя долго ждать.  

 

– С помощью АСМ мы впервые показали, что белки коркового цитоскелета  при физиологических температурах находятся в состоянии «мягкого стекла», а их тепловое «расстекловывание» начинается уже при температурах выше 40-45°С, – отмечает Мария Николаевна. – Также выявлены и основные закономерности изменения структуры и механических свойств поверхности клеток, связанные с действием одного из сильнейших окисляющих агентов (пероксинитрита), образующегося в организме, в том числе при онкологических заболеваниях, сахарном диабете и старении. 

 

Кроме того, сотрудники университета изучают различия механических свойств поверхности нормальных и раковых клеток. Благодаря особенностям цитоскелета раковые клетки являются более мягкими, менее упругими. При этом их упругость напрямую связана со стадиями рака и воздействием лекарственных средств, что может быть положено в основу разработки новых методов диагностики злокачественных новообразований и отслеживания эффективности лечения. С помощью АСМ установлено, что раковые клетки отличаются от нормальных не только упругими, но и другими механическими свойствами, а также характером температурной зависимости этих свойств.

 

 

asm_nt-206_v_laboratorii_meduniversiteta.jpg

АСМ НТ-206 в лаборатории медуниверситета

 

Помимо исследований, проводимых на АСМ, сотрудники университета занимаются совершенствованием методик работы на нём, а также определением новых критериев оценки свойств клеток. Уже получено несколько патентов на изобретения в этой области.

 

– К примеру, мы разработали методику анализа клеток с помощью фрактальной размерности – одного из важнейших типов размерностей в математике, – обращает внимание Мария Стародубцева. – Предложили идею концепции физико– механического образа поверхности клетки и в настоящее время занимаемся её разработкой для клеток в норме и при патологиях. Полученные с помощью АСМ результаты публикуются в ведущих научных журналах, имеют высокий индекс цитирования. Они доложены и обсуждены на международных научных конференциях (только за 2017 год – в Австрии, Польше, России, Республике Беларусь). К изучению клеток с помощью АСМ проявляют большой интерес и другие организации. Например, директор расположенного в Гомеле Института радиобиологии НАН Беларуси И. А. Чешик планирует организовать с нашей помощью специализированную лабораторию по атомно-силовой микроскопии биологических объектов. От Министерства здравоохранения Беларуси поступило предложение о том, чтобы довести АСМ и до практической медицины: модифицировать микроскоп НТ-206 для оснащения им учреждений здравоохранения, например, станций переливания крови. В этом направлении нашим университетом и ОДО «Микротестмашины» уже ведётся работа.  

 

«Специалисты есть, задумок много…»

 

Конечно, каждый из нас хотел бы, чтобы 26 апреля 1986 года в мировой истории был обычным, ничем не примечательным днём. Но, к сожалению, случилось то, что случилось. Поскольку наш регион пострадал больше других, именно Гомель стал центром по исследованию влияния радиации на живые организмы, центром по подготовке  высококвалифицированных кадров для преодоления печальных последствий.   

 

– Наш город является и, надеемся, останется в будущем одним из лидеров в республике по исследованию медико-биологических проблем методами атомно-силовой микроскопии, – делится мнением профессор. – Сегодня у нас есть специалисты, много задумок и идей для дальнейшей реализации. Мы сотрудничаем с другими исследователями, работающими в этой области, включая одного из основных разработчиков модели отечественного АСМ НТ-206 академика НАН Беларуси С. А. Чижика и его сотрудников. Конечно, очень хочется обновить материально-техническую базу научных исследований. Приобрести специально разработанный для медико-биологических целей корпорацией Bruker АСМ BioScope Resolve или многофункциональный АСМ ИНТЕГРА Спектра II (российского производства), которые существенно помогли бы нам в решении многих задач: разработке новых методов диагностики патологий, мониторинге эффективности лечения на клеточном уровне, углублении понимания патогенеза самых разных заболеваний.

 

 

 

Читайте "Гомельские ведомости" в Вконтакте, Twitter, Facebook, Instagram, Youtube, Одноклассниках

   Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарии.



наверх