Российские исследователи выяснили, что по изменениям «свечения» пигмента в клетках сетчатки можно выявлять их повреждение на ранних стадиях, задолго до появления серьёзных нарушений зрения. Учёные также показали, как антиоксиданты замедляют эти процессы, снижая содержание токсичных продуктов фотоповреждения.
Заболевания сетчатки, включая возрастную макулярную дегенерацию, часто обнаруживаются на поздних стадиях, когда восстановить зрение уже нельзя. Одна из причин — ограниченные возможности существующих методов диагностики: они фиксируют структурные изменения, но не ранние функциональные сбои в клетках.
«Исследователи Университета науки и технологий МИСИС на протяжении ряда лет занимаются созданием инновационных технологий, которые в будущем позволят упростить постановку диагноза и лечение различных заболеваний. Разработанный в вузе метод диагностики патологий сетчатки глаза по „свечению“ клеток станет важным инструментом для выявления заболеваний и оценки эффективности проводимой терапии», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Учёные из НИТУ МИСИС, МГУ имени М.В. Ломоносова, МПГУ, МФТИ, Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова изучили липофусцин — пигмент, который с возрастом накапливается в клетках ретинального пигментного эпителия. Он способен люминесцировать под воздействием света, и по его характеристикам можно судить о состоянии глаза. Важной особенностью липофусцина является его фототоксичность: при облучении видимым светом он может генерировать активные формы кислорода и токсичные продукты окисления, вызывающие выраженный окислительный стресс. Исследование этих процессов важно для понимания механизмов повреждения сетчатки и диагностики возрастных дегенеративных изменений. Большую роль здесь играет способность липофусцина к автофлуоресценции. Измерение параметров его «свечения» является важным инструментом ранней диагностики заболеваний глаза.
До сих пор было недостаточно данных о том, как именно меняется состав липофусцина при фотоповреждении и как это отражается на сигнале «свечения». Российские исследователи впервые с помощью метода визуализации времени жизни флуоресценции проследили на клеточном уровне, как липофусцин изменяется при фотоокислении внутри клеток пигментного эпителия.
Эксперименты показали, что по мере фотоокисления меняется не только состав липофусцина, но и характер его «свечения»: в частности, увеличивается время жизни флуоресценции. Это, по-видимому, связано с тем, что исходные молекулярные компоненты липофусцина окисляются и частично разрушаются, а продукты их превращений обладают другими флуоресцентными свойствами.
«Важно, что эти изменения нам удалось зафиксировать без введения дополнительных меток или вмешательства в клетку. Проведение подобных измерений стало возможным благодаря визуализации по времени жизни флуоресценции. Это современный метод микроскопии, основанный на измерении времени жизни возбуждённого состояния молекул, что позволяет получать дополнительную диагностическую информацию о состоянии тканей», — сказал к.б.н. Алексей Семёнов, научный сотрудник лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС.
Также учёные изучили роль антиоксидантов в подавлении фототоксического действия липофусцина. В эксперименте исследовали каротиноидный белок AstaP, выделенный из микроводорослей Coelastrella astaxanthina и способный доставлять зеаксантин — природное вещество, защищающее клетки от окислительного стресса. Выяснилось, что комплекс AstaP с зеаксантином замедляет разрушение липофусцина: снижается образование окисленных продуктов и не происходит полного повреждения пигмента. Подробности исследования описаны в научном журнале Journal of Physical Chemistry B (Q1).
«Чтобы повысить чувствительность и скорость измерений, на следующем этапе мы планируем использовать разработанные нами квантовые сенсоры — сверхпроводниковые однофотонные детекторы», — поделился планами ведущий научный сотрудник лаборатории квантовых коммуникаций НТИ МИСИС Григорий Гольцман.
Работа выполнена по программе привлечения талантливых молодых ученых в возрасте до 39 лет (постдоков) в рамках «Приоритет-2030» (грант № К4-2024-3).
