Ученые МГУ выявили новые свойства антикоагулянта варфарина.
Ученые биологического и химического факультетов МГУ при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология» продемонстрировали новые свойства лекарственного препарата варфарина, препятствующего тромбозу, изучая его действие на модельном объекте — дрозофиле.
Результаты исследования опубликованы в статье в International Journal of Molecular Sciences.
У позвоночных процесс свертывания крови происходит с участием витамина К, необходимого для синтеза К-зависимых белковых факторов свертывания крови. Именно поэтому при его дефиците возникает повышенная кровоточивость. Однако этим функция витамина К в организме позвоночных не ограничивается: он также участвует в целом ряде важнейших процессов, таких как образование костей, обмен кальция, функционирование нервной системы. Запасы витамина К быстро истощаются без регулярного приема с пищей, поскольку в реакциях, задействующих витамин К, последний окисляется и становится неактивным. В то же время окисленный витамин К способен восстанавливаться в активную форму в ходе циклической реакции. Цикл витамина К позволяет многократно использовать небольшое количество микроэлемента, обеспечивая временную защиту от дефицита витамина К в случае недостатка питания.
Синтетический аналог природного витамина К — медицинский препарат викасол — традиционно применяют в медицинской практике как коагулянт. Недавние исследования также показывают, что витамин К в небольших дозах положительно влияет на когнитивные функции в пожилом возрасте и улучшает состояние пациентов при болезнях Альцгеймера и Паркинсона. В то же время высокие дозы витамина К могут иметь негативные эффекты для клеток. Излишнее свертывание крови приводит к образованию тромбов. Для ингибирования активности витамина К применяют препарат варфарин, который подавляет циклическую реакцию восстановления окисленной формы витамина К.
Функционирование цикла витамина К до конца не изучено, так же как не изучены побочные эффекты лекарственных препаратов, влияющих на его активность, таких как варфарин и его аналогов. В такого рода исследованиях важную роль играют модельные животные, на которых тестируют препараты. Однако в случае с варфарином, позвоночные модели не подходят, так как антикоагулирующее действие варфарина может привести к гибели животного. Поэтому в качестве модельных животных часто используют беспозвоночных, у которых система свертывания крови отличается от таковой у млекопитающих. Одним из наиболее хорошо изученных модельных беспозвоночных является плодовая мушка дрозофила.
В своем исследовании ученые показали, что в организме дрозофилы синтетический аналог витамина К, викасол, превращается в животный витамин К. А варфарин, как и у животных, может снижать количество активного витамина К у дрозофилы, что доказывает наличие цикла витамина К у плодовой мушки. Стоит отметить, что в своем исследовании ученые впервые применили варфарин при работе с дрозофилой.
«Нам удалось впервые показать, что цикл витамина К действительно функционирует у дрозофилы, — говорит один из ведущих авторов работы, аспирант биологического факультета МГУ Анна Лавренова. — Мы подобрали оптимальные дозы варфарина, которые не вызывают гибель мух, как это происходит у позвоночных, а наоборот, нейтрализуют негативное действие витамина К. Это делает дрозофилу удобной моделью для детального изучения in vivo механизмов функционирования цикла витамина К».
Данная работа продемонстрировала, что дрозофила как модель имеет неоспоримые преимущества перед позвоночными моделями, поскольку варфарин не имеет такого же количества побочных эффектов, как у позвоночных. Кроме того, на дрозофиле можно будет выявить другие эффекты варфарина, не связанные с антикоагуляцией.
Ученые МГУ разработали новый подход к созданию тонкопленочных электродов для интерфейсов мозг-компьютер.
Ученые из трех подразделений МГУ — Института искусственного интеллекта, физического факультета и Института физико-химической биологии имени Белозерского — предложили революционный подход, который позволит ускорить развитие интерфейсов мозг-компьютер (BCI), нейропротезов и исследований нервной системы. Вместо традиционной литографии они применили лазерную обработку для создания тонкопленочных электродов с проводящим слоем из тантала и платины.
Тонкопленочные электроды — это перспективный подход к разработке безопасных и стабильных нейроинтерфейсов. В исследовании, результаты которого опубликованы в статье «Fast Prototyping of Thin-Film Polyimide Electrodes for Neural Interfacing: Tantalum Metallization as an Alternative to Noble Metals» в журнале ACS Applied Electronic Materials (Q1), представлен метод изготовления тонкопленочных электродов, позволяющий дешевле и быстрее создавать прототипы по сравнению с традиционными подходами изготовления подобных электродов.
«Всего лишь за два года работы лаборатории мы прошли путь от разработки дизайна наших первых тонкопленочных электродов до тестирования биосовместимости готовых прототипов в длительных экспериментах. Результаты этого пройденного пути и вошли в опубликованную статью», — говорит Василий Попков, руководитель лаборатории разработки инвазивных нейроинтерфейсов ИИИ МГУ.
Также в этом исследовании был протестирован тантал в качестве основного проводящего слоя электрода. Тантал — экономически эффективная и надежная альтернатива традиционно использующимся благородным металлам.
Технология уже апробирована в проекте «Пифия», где мозг крысы впервые подключили к ИИ. Эксперимент показал минимальное повреждение тканей после шести месяцев имплантации. Ученые тщательно оценили функциональность и безопасность электродов, изготовленных с использованием предложенного в статье метода. Было обнаружено, что электроды безопасны для окружающих тканей даже при их долгосрочном применении. Результаты работы лаборатории — серьезный шаг на пути интеграции искусственного интеллекта и мозга человека с помощью имплантируемых нейроинтерфейсов.
Физики МГУ создали наносенсоры-детекторы бактерий
Ученые Московского университета с коллегами разработали новый класс гибридных оптических сенсоров, способных в режиме реального времени не только обнаруживать бактерии в растворах, но и проводить экспресс-анализ их устойчивости к антибиотикам.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект №22-72-10062) и опубликовано в ведущих международных журналах ACS AppliedMaterials&Interfaces и ResultsinSurfacesandInterfaces.
Созданные сенсоры основаны на пористых кремниевых нанонитях, модифицированных биметаллическими наночастицами золота и серебра. Такая архитектура объединяет два взаимодополняющих оптических подхода: интерференционный (на основе эффекта Фабри–Перо) и спектроскопический, основанный на эффекте гигантского комбинационного рассеяния (ГКР, англ. SERS). Первый обеспечивает регистрацию бактерий по изменению эффективной оптической толщины сенсорного слоя, а второй – высокочувствительное выявление спектральных профилей, отражающих молекулярный состав клеточной стенки микроорганизмов без использования меток.
В качестве модельного организма была выбрана непатогенная бактерия Listeriainnocua, широко применяемая в микробиологических исследованиях. Благодаря морфологическому сходству и аналогичному строению клеточной стенки, L. innocua может рассматриваться как модель для апробации сенсоров, предназначенных для диагностики грамположительных патогенов, включая Mycobacteriumtuberculosis. Сенсоры продемонстрировали чувствительность к концентрациям бактерий от 3,2 миллиона КОЕ/мл в режиме SERS и от 6,4 миллиона КОЕ/мл в интерферометрическом режиме.
Антибиотикорезистентность остается одной из наиболее острых угроз глобальному здравоохранению: по данным ВОЗ, число устойчивых бактериальных штаммов неуклонно растёт, снижая эффективность стандартной терапии. В этих условиях особую значимость приобретают технологии, позволяющие быстро и надежно определять чувствительность микроорганизмов к антибиотикам.
Одним из ключевых результатов настоящего исследования стало подтверждение возможности применения разработанных сенсорных подложек для экспрессного анализа антибиотикорезистентности бактерий. При инкубации Listeriainnocua с различными антибиотиками непосредственно на поверхности сенсоров регистрировались воспроизводимые изменения в спектрах ГКР, отражающие молекулярный ответ клеток на антимикробное воздействие. Динамика изменения интенсивности диагностических пиков, в частности в области 736 и 1320 сантиметров, позволяла в режиме реального времени дифференцировать чувствительность бактерий к различным препаратам. Предложенный подход не требует длительного культивирования и обеспечивает информативный спектроскопический отклик уже в течение первых часов наблюдения, значительно превосходя по скорости традиционные фенотипические методы, применяемые в клинической микробиологии.
«Мы создали платформу, сочетающую высокую молекулярную чувствительность, воспроизводимость сигнала и оперативность получения результата. Такие системы обладают потенциалом стать основой компактных диагностических устройств для экспресс-идентификации бактериальных инфекций и подбора эффективной антимикробной терапии непосредственно в месте оказания медицинской помощи», — подчеркивает инициатор разработки, заведующая лабораторией кафедры медицинской физики физического факультета МГУ Любовь Осминкина.
Исследование выполнено коллективом физического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова и НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи.
Благодаря масштабируемости технологии и применению биосовместимых материалов, разработка может быть адаптирована для широкого спектра задач в медицине, санитарной микробиологии, пищевой промышленности и экологическом мониторинге.
Химики МГУ синтезировали новый люминесцентный гибрид
Сотрудники химического факультета МГУ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН синтезировали и исследовали гибрид, содержащий органические и неорганические фрагменты в структуре одного соединения. Хотя и это звучит необычно, химики пошли еще дальше. Цель синтеза состояла в исследовании необычных люминесцентных свойств у соединений данного класса.
Работа выполнена в рамках программы развития МГУ. Результат опубликован в высокорейтинговом журнале Dalton Transactions.
Люминесценция лежит в основе огромного числа практических применений: от светодиодов, светоизлучающих компонентов дисплеев, лазеров до фотодетекторов и сенсоров. Кроме практической значимости, изучение люминесценции стало одним из инструментов получения информации об электронном строении твердых тел.
«Органо-неорганические гибриды, как правило, обладают широкополосной люминесценцией с большими временами жизни, — рассказывает первый автор статьи, аспирант химического факультета МГУ Андрей Быков. — Они могут стать основой для создания белых светодиодов, причем выступать и как однокомпонентные желтые люминофоры, и как однокомпонентные излучатели в основанных на электролюминесценции светодиодах. Современные белые светодиоды не дают полный спектр излучения — идет наложение узкого синего пика и широкого желтого. А в зеленом диапазоне свечение отсутствует, и на спектре становится виден прогиб. Это серьезное отличие от естественного солнечного света. Кроме того, многие желтые люминофоры обладают низкой цветопередачей, из-за чего в реальных устройствах приходится совмещать несколько люминофоров, что увеличивает стоимость таких светодиодов».
Эволюционно человеческий глаз привык к полному солнечному спектру, отмечает ученый. Есть множество исследований, показывающих негативный эффект от длительного воздействия ущербного излучения на глаз человека. Поэтому создать полноспектровый светодиод — важная задача не только для ученых, но и для все большего количества людей. До сих пор попытки создать такое устройство базируются на смешивании разного числа светопереизлучающих материалов как неорганической, так и органической природы, что в результате и дает суммарный спектр, близкий к непрерывному. Не менее привлекательной стратегией является использование органо-неорганических галогенометаллатов в качестве люминофоров, но для ее реализации необходимо решить проблему настройки ширины и положения максимума полосы люминесценции в спектре.
Ученым химического факультета МГУ удалось увеличить диапазон люминесценции гибридного галогенометаллата. Помимо характерной ультраширокой полосы излучения в видимой части спектра у полученного комплекса также обнаружена нетипичная широкая полоса в ближней ИК-области, что ранее не обнаруживалось у соединений этого класса. Это открытие означает, что светодиоды на основе данного вещества могут использоваться и как источники видимого света, и как компоненты мульти/гиперспектральной визуализации, средства диагностики в медицине (ближний ИК проходит сквозь ткани тела), и еще в нескольких областях.
«Более того, удалось разработать очень простой и недорогой метод синтеза такой кристаллической структуры, — рассказывает руководитель исследования, заведующий кафедрой неорганической химии химического факультета МГУ член-корреспондент РАН Андрей Шевельков. — Очень простой и легко масштабируемый. Мы сможем достигать той же эффективности в люминесценции за гораздо меньшие деньги, чем для существующих люминофоров».
По мнению авторов работы, новый подход приведет к разработке материалов для гиперспектральной визуализации, а в дальнейшем — и к широкополосным люминофорам для получения белого цвета, покрывающих весь видимый спектр благодаря всего лишь одному веществу-красителю.
«Работа в самом начале, но первые результаты очень оптимистичны», — считает Андрей Шевельков.