Ученые решили задачу насыщения организма кислородом
Ученые Саратовского государственного университета (СГУ) усовершенствовали способ поддержания необходимого уровня кислорода в организме человека. По их словам, это достигается за счет регулирования количества белка HIF-1α. В качестве контейнера для его доставки ученые предлагают использовать углеродные нанотрубки с добавлением азота и карбоксильных групп. Результаты исследования опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Кислород влияет на процессы в организмах всех живых существ. Дефицит может стать причиной онкологических или сердечно-сосудистых заболеваний. Нехватка кислорода также замедляет восстановление организма и ослабляет иммунную систему, объяснили ученые СГУ.
Слишком большая концентрация кислорода также губительна. Она может привести к окислительному стрессу, поэтому необходимо поддерживать баланс.
В 2019 году группа ученых из США и Великобритании получила Нобелевскую премию по медицине за открытие в 90-е годы ХХ века белка HIF-1α – фактора, индуцированного гипоксией. Исследования показали, что HIF-1α, в частности, влияет на активность генов, которые меняют количество и интенсивность работы митохондрий. Это приводит к изменению концентрации кислорода.
Влиять на эти процессы можно с помощью введения белка HIF-1α в организм, объяснили ученые СГУ. Чтобы делать это в отдельных органах и тканях, исследователи во всем мире работают над способами адресной доставки HIF-1α.Группа сотрудников СГУ под руководством профессора Ольги Глуховой совместно с коллегами из Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, Омского государственного технического университета и Сеченовского университета усовершенствовали способ доставки HIF-1α. В качестве носителя для него ученые предлагают использовать углеродные нанотрубки с добавлением азота и карбоксильных групп.
Ученые рассказали, что азотсодержащие углеродные нанотрубки активно применяются для клинической диагностики и в тканевой инженерии. Они биосовместимы с тканями организма, нетоксичны и способны присоединять молекулы белков и лекарств.
Благодаря своим свойствам такие нанотрубки имеют высокий потенциал для фармакологического применения. Их синтезировали в Омском государственном техническом университете. Ученые предоставили коллегам из СГУ данные о структуре и химическом составе этого материала. Саратовские исследователи создали компьютерную модель нанотрубки с заданными параметрами и «посадили» на нее молекулу белка HIF-1α.
Специалисты отметили, что на физические свойства углеродных нанотрубок влияет дефект Стоуна-Уэллса – изменение в связности атомов углерода. Ученые Саратовского университета выяснили, что наилучшую схему доставки белка HIF-1α обеспечивают нанотрубки с концентрацией дефекта 6%.
«Это оптимальная структура нанотрубок для доставки белка. При такой концентрации легче всего происходит проникновение белка в нанотрубки, а также его высвобождение из носителя. Именно в таком состоянии HIF-1α лучше всего доставлять в организм», – пояснил доцент кафедры радиотехники и электродинамики Института физики СГУ Владислав Шунаев.
Шунаев добавил, что следующий этап работы – исследование взаимодействия белка с углеродной нанотрубкой при разных концентрациях воды.
Моделирование и выявление закономерностей взаимодействия нанотрубки с белком HIF-1α осуществлялись учеными СГУ при поддержке стипендии президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам (проект №СП-3976.2021.1). Исследование прошло в рамках программы «Приоритет-2030».
