Сотрудники биологического, физического факультетов и факультета фундаментальной медицины — участники НОШ МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» разработали методы неинвазивного мониторинга степени радиационного воздействия на организм. Проект реализован при поддержке Программы развития МГУ, проект № 23-Ш06-20.

Исследователи показали, что при обучении ускоренными протонами и гамма-лучами бисретиноиды глазного дна (сетчатки и ретинального пигментного эпителия) окисляются. Анализ сравнения спектров флуоресценции окисленных бисретиноидов, по сравнению с неокисленными, показал их смещение в синюю область видимого спектра. Такой сдвиг спектра флуоресценции у человека может быть зарегистрирован неинвазивно, при помощи модифицированного сравнительно нового в офтальмологии метода. Это открывает возможность для оперативного неинвазивного мониторинга степени радиационного воздействия на организм. Результаты работы опубликованы в журнале «Вестник Российской академии наук».

«В 1876 году физиолог Франц Болль обнаружил в сетчатке лягушки светочувствительное зрительное вещество и назвал его Sehestoff (дословно с нем. „зрительное вещество“). Значительно позже этому веществу дали название „родопсин“. Молекула родопсина состоит из двух частей — белка и связанного с ним ретиналя, который поглощает квант света, запуская тем самым зрительный акт. Самое удивительное, что молекула родопсина в сетчатке глаза позвоночных животных и человека — молекула однократного действия. После поглощения света она разрушается. Ретиналь в родопсине находится в изогнутой цис-изомерной форме. Квант света за фантастически короткое время, порядка 50–100 фемтосекунд, изомеризует (выпрямляет) его, переводя в транс-форму. Затем белковая часть молекулы, которая остаётся в зрительной клетке, перестраивается, а сам ретиналь отделяется и уходит от белка. Свободный ретиналь сначала перемещается из зрительной клетки сетчатки в клетку ретинального пигментного эпителия, лежащего в глазу за сетчаткой. В пигментном эпителии ретиналь изомеризуется обратно из транс- в цис- изомерную форму при помощи специального фермента. И уже потом цис- ретиналь доставляется белками-переносчиками обратно в зрительную клетку, где „вставляется“ в опсин — белковую часть родопсина. Таким сложным образом восстанавливается исходное, темновое состояние зрительного пигмента. Этот процесс называется регенерацией родопсина. Он происходит в течение десятка минут в ходе темновой адаптации глаза, когда из яркого света мы попадаем в темноту или слабо освещённое помещение. Всё это нормальный физиологический процесс. Но на самом деле не весь свободный транс-ретиналь превращается в ходе так называемого ретиноидного, или зрительного цикла в цис- ретиналь. Часть его, особенно с возрастом, при дегенеративных процессах в сетчатке, а также при высоких интенсивностях света превращается в бисретиноид. Происходит это так: сначала в зрительной клетке одна молекула свободного транс-ретиналя соединяется с молекулой фосфолипида фоторецепторной мембраны, а потом к нему присоединяется и вторая молекула свободного транс-ретиналя. В результате получается достаточно устойчивое соединение — бисретиноид. Важно, что при взаимодействии с активными формами кислорода сами бисретиноиды легко окисляются. При этом спектр их флуоресценции смещается в коротковолновую (синюю) область», — рассказывает заведующий кафедрой молекулярной физиологии биологического факультета МГУ академик Михаил Островский.

«Изменение флуоресценции из-за повышения содержания продуктов окисления и деградации бисретиноидов можно неинвазивно зарегистрировать различными методам. К примеру, с использованием многоспектральной фундус-камеры или с помощью технологии регистрации времени жизни флуоресценции на определённых длинах волн FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy)», — поясняет доцент физического факультета Андрей Ларичев.

«Поскольку окисление бисретиноидов может происходить на фоне радиационного облучения, то представляется возможным вскоре после него оценить степень воздействия радиации на структуры глаза и, следовательно, на организм в целом. Образно говоря, бисретиноиды в этом случае можно уподобить дозиметру в глазу. Такой биохимический „дозиметр“ может оказаться крайне полезным для неинвазивной оценки радиационной безопасности работников атомной промышленности, космонавтов, пациентов, подвергающихся протонной или гамма-терапии», — резюмирует ведущий научный сотрудник биологического факультета МГУ Татьяна Фельдман.

Источник: МГУ.