Новосибирские ученые изобрели аппарат, определяющий кислородное голодание клеток крови

Это позволит определить риск преждевременных родов, инфаркта и инсульта.

Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН создали самый точный в мире аппарат для анализа клеток крови, по результатам которого можно оценить, например, риск преждевременных родов, сообщает издание «Наука в Сибири».

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.

По словам руководителя лаборатории, доктора физико-математических наук Валерия Мальцева, 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.

— 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.

— 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.

Фото: предоставлено ИХКИГ СО РАН