В Медицинском научно-образовательном институте МГУ выяснили, что различные виды программируемой гибели клеток — апоптоз, некроптоз, ферроптоз и другие — по-разному влияют на процессы обновления и восстановления поврежденных тканей и защиту организма от патологий, например появления раковых клеток. Знания о механизмах программируемой гибели клеток важны для разработки новых методов лечения травм, хронических заболеваний и возрастных патологий. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physiological Reviews.
В организме человека ежедневно погибают миллионы клеток, и в норме этот процесс строго контролируется. Программируемая гибель клеток играет важную роль в обновлении и регенерации (восстановлении) тканей. С ее помощью организм избавляется от клеток, выполнивших свою функцию, а также от поврежденных и неправильно функционирующих клеток, например опухолевых или стареющих. Баланс между делением, дифференцировкой (специализацией) клеток и их гибелью обеспечивает нормальное развитие и функционирование живого организма. Нарушение такого баланса приводит к развитию ряда заболеваний, таких как рак, фиброз (избыточное разрастание соединительной ткани), нейродегенеративные расстройства и многие другие. Поэтому один из рациональных способов борьбы с такими патологиями — направленное воздействие на эффективность программируемой гибели клеток, восстанавливающее ее до оптимального уровня в каждом случае. Для этого нужно четко знать механизмы, приводящие клетки к гибели.
Ученые МГУ с коллегами проанализировали более 300 исследовательских работ, посвященных разным типам программируемой гибели клеток, которых на сегодняшний день открыто более десяти, и их связи с процессами регенерации.
Наиболее изучен на настоящий момент апоптоз — тип гибели, при котором от умершей клетки остаются небольшие фрагменты, окруженные мембраной (апоптотические тельца). Они «поедаются» макрофагами — клетками иммунной системы, очищающими поврежденную ткань от остатков мертвых клеток. Именно поэтому апоптоз никогда не сопровождается воспалением.
«Обновление клеток происходит во всех органах и тканях в течение всей жизни человека — от рождения до смерти. Основным условием активного и здорового долголетия является баланс между программируемой гибелью клеток и их обновлением. Жизнь начинается с регенерации и завершается, когда заканчивается регенерация. Если бы регенерация не прекращалась, то не было бы смерти. Если бы не было смерти, то не было бы и жизни», — говорит директор МНОИ МГУ академик Всеволод Ткачук.
Противоположный апоптозу по механизму тип гибели — некроз — характеризуется тем, что гибнущая клетка просто разрывается, и ее содержимое изливается в окружающее пространство, что вызывает воспаление в ткани.
«Почти 300 лет назад Михаил Ломоносов сказал: "Сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому". Еще в аспирантуре, заинтересовавшись механизмами гибели клеток, я впервые подумал о том, не распространяется ли этот закон на биологию и медицину, то есть связаны ли между собой процессы гибели клеток и регенерации/восстановления тканей. К сожалению, эти две области знаний развивались отдельно. Прошло много лет, прежде чем появились новые интересные данные, и нам удалось, объединив усилия двух лабораторий на факультете фундаментальной медицины МГУ, собрать имеющуюся литературу и показать насколько сложно взаимодействие между этими двумя физиологическими процессами. Получилось первое большое опубликованное исследование в данном направлении. Оно стало возможным благодаря объединению двух грантов РНФ. Я очень рад, что это случилось», — делится заведующий лабораторией исследования механизмов апоптоза МНОИ МГУ Борис Животовский.
Проведенный авторами анализ показал, что разные варианты гибели клеток неодинаково влияют на восстановление поврежденных тканей. Например, при апоптозе клетки выделяют небольшие пузырьки — везикулы ApoEVs, — содержащие ДНК, РНК, белки и липиды. Эти структуры служат сигналом к активному росту и размножению для соседних здоровых клеток. Благодаря такому механизму соблюдается баланс между удалением и восполнением клеток. В экспериментах на крысах препараты с везикулами ApoEVs ускоряли заживление ран на 40%.
Исследования также показали, что в определенных случаях воспаление в ткани, возникающее при некрозе, может быть полезным. Так, гибнущие этим способом клетки выделяют в окружающую среду связанные с повреждениями молекулы DAMPs. Такие соединения привлекают макрофаги. Важно, что макрофаги не только удаляют из ткани остатки мертвых клеток, но и активируют стволовые клетки и тем самым способствуют регенерации тканей. В исследованиях, проведенных на мышах, было показано, что некроз необходим для нормального восстановления изолирующих оболочек нервных клеток в головном мозге.
Однако такое же стимулирующее влияние апоптоз и некроз могут оказывать и на раковые клетки, ускоряя рост опухолей и повышая риск рецидивов. Ведь опухолевые клетки используют те же программы для размножения, которые есть в нормальных тканях. Поэтому роль этих типов гибели клеток оказывается неоднозначной и требует дальнейшего исследования, а воздействие на них с целью терапии должно применяться с большой осторожностью.
Интересно, что стволовые клетки часто оказываются устойчивыми к процессу программируемой гибели благодаря активному синтезу антиапоптотических белков и эффективным механизмам восстановления повреждений в ДНК. Это свойство важно для того, чтобы сохранять и поддерживать «запас» клеток, которые при необходимости способны заместить своих поврежденных «соседей». Известны также виды стволовых клеток, чувствительных к определенным типам программируемой гибели клеток, однако механизмы этого эффекта остаются до сих пор недостаточно понятными.
«Большое количество экспериментальных работ подтверждают, что гибель клеток — это не просто разрушение, а сложный регулируемый процесс, который может как способствовать, так и препятствовать регенерации. Знания о том, в каких условиях запускается тот или иной тип гибели и какие эффекты он несет для организма, будут полезны для разработки новых подходов к терапии возрастных заболеваний и эффективного лечения травм. В дальнейшем мы планируем более детально разобраться в том, как можно повлиять на взаимодействие между делением и гибелью клеток, чтобы стимулировать регенерацию органов и тканей. Кроме того, мы проверим эффекты такого воздействия на различных животных моделях», — рассказывает Анастасия Ефименко, заведующая лабораторией репарации и регенерации тканей Центра регенеративной медицины МНОИ МГУ.
Ученые НОШ МГУ создали систему доставки лекарств и мониторинга клеток
Ученые физического факультета, факультета фундаментальной медицины и факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с коллегами из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Сколковского института науки и технологий разработали биосовместимую наноструктурированную платформу на основе кремниевых микроигл, модифицированных наночастицами золота (Au@Si-MNs). Эти структуры обеспечивают стабильную иммобилизацию живых клеток и позволяют регистрировать спектры плазмонно-усиленного комбинационного (рамановского) рассеяния с субклеточным пространственным разрешением. Разработка позволяет одновременно осуществлять доставку терапевтических агентов в иммобилизованные клетки и отслеживать возникающие молекулярные изменения на уровне одной клетки. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Microchemical Journal (Elsevier, Q1).
Микроиглы – это миниатюрные структуры, способные проникать в ткани на глубину до сотен микрон, обеспечивая высокоточную доставку молекул непосредственно в клетки или их микроокружение. Благодаря минимальной инвазии, высокой воспроизводимости и возможности контролируемой модификации поверхности, микроиглы становятся ключевым инструментом современной биофизики и медицины. Они находят применение не только в трансдермальной терапии, но и в локальной доставке генов, белков и малых молекул в ткани, где требуется клеточно-специфическое воздействие, например, в опухолевой микросреде, мозге или слизистых оболочках. Особенно актуальна их интеграция с сенсорными элементами, позволяющая в реальном времени отслеживать молекулярные изменения внутри клеток и тканей, что открывает новые горизонты для персонализированной терапии, молекулярной диагностики и фундаментальных исследований в области клеточной биомеханики и внутриклеточной сигнализации.
В представленной работе ученые сконструировали массивы кремниевых микроигл с коронообразными наноструктурами золота на вершинах, которые не только усиливают локальное электромагнитное поле до 10 в восьмой степени раз, но и способны проникать в живые клетки.
Впервые было показано, что такая архитектура обеспечивает стабильную иммобилизацию клеток без потери их жизнеспособности, при этом существенно ограничивая их подвижность. Это создает уникальные условия для получения спектров плазмонно-усиленного комбинационного (рамановского) рассеяния, отражающих молекулярный состав субклеточных структур с пространственным разрешением, ранее недоступным при работе с подвижными живыми клетками. Такое сочетание пассивной фиксации и экстремального усиления сигнала открывает новые возможности для неразрушающего молекулярного анализа живых объектов в реальном времени.
Важной особенностью разработанной платформы является ее способность не только к регистрации внутриклеточных изменений, но и к локальной доставке химиотерапевтических препаратов, например, доксорубицина. Ученые показали, что после предварительной инкубации Au@Si-MNs с препаратом, клетки, осажденные на поверхность микроигл, начинают демонстрировать спектральные признаки цитотоксического воздействия. Это позволяет в реальном времени отслеживать динамику ответа клетки на терапию без введения меток и без разрушения клеточной мембраны.
«Предложенная система одновременно выполняет функции прецизионного сенсора и адресного носителя, открывая перспективы для применения в высокоточной онкотерапии, скрининге лекарственных соединений и фундаментальных исследованиях клеточной гетерогенности. Работа наглядно демонстрирует, как интеграция наноматериалов, микроинженерных конструкций и оптической спектроскопии позволяет перейти от популяционных моделей к анализу молекулярных процессов в единичных живых клетках», — отмечает заведующая лабораторией кафедры медицинской физики физического факультета МГУ Л.А. Осминкина.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-15-00137) и Научно-образовательной школы МГУ НОШ МГУ «Фотоника» (23-SCH06−19).
Математики МГУ создали матмодель движения веществ в организме человека
Исследователи факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ имени М.В. Ломоносова разработали математическую модель, описывающую распространение веществ по сердечно-сосудистой системе человека с учетом детоксикационной функции печени. Работа особенно важна для медицины и фармакологии, где необходимо учитывать, как состояние печени влияет на метаболизм лекарственных препаратов и их выведение из организма. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
Разработанная модель фокусируется на динамике индоцианина зеленого (ICG) — вещества, применяемого для диагностики состояния печени. Программный комплекс CVSS (стандарт, используемый для расчета количественных оценок уязвимости в безопасности компьютерной системы, обычно с целью понять приоритет её исправления) позволяет численно рассчитывать концентрации вещества в крови и оценивать периоды его полувыведения. Результаты моделирования были проверены на известных данных, включая сценарии трёх степеней поражения печени (по шкале Чайлд–Пью: A, B и C) и влияние уровня давления в воротной вене.
«Наша цель — создать инструмент, который помогает не просто описывать движение вещества в крови, но и предсказывать, как изменится фармакокинетика препаратов при нарушении функции печени. Это особенно важно для планирования лечения пациентов с циррозом или портальной гипертензией», — пояснил Александр Хруленко, доцент кафедры вычислительных методов факультета ВМК МГУ.
Результаты исследования особенно перспективны для применения в клиниках, где требуется прогнозировать поведение препаратов у пациентов с тяжелыми заболеваниями печени, а также для оптимизации хирургических вмешательств, например при портокавальном шунтировании.
Работа была представлена на конференции «Ломоносовские чтения», проходившей весной 2025 года, и вызвала интерес среди специалистов по биомоделированию, клинической фармакологии и цифровой медицине.