Структура страницы
Направление
Медицинские биотехнологии по сохранению и восстановлению митохондриального комплекса клеток живого организма.
Общая концепция
Для создания длительного функционального жизнеспособного состояния клеточной ткани необходимы условия для поддержания оптимального количества энергии. Выявление условий, снижающих и устраняющих энергетический голод, и установление закономерностей, обеспечивающих создание энергетической константы клеточной ткани, является научным фундаментом для создания принципиально новых препаратов, применяемых при различных патологиях, а также в спортивной медицине.
Научная новизна предложений
Сущность исследования — восстановление и сохранение митохондриального комплекса клетки, отвечающего как за производство энергии в клетке, так и за ее внехромосомную наследственную информацию. Геном клетки — живая информационная система, которая может полноценно функционировать и устойчиво регенерировать свой наследственный потенциал только при условии полноценного снабжения энергией.
Экспериментальная часть исследования
Цель исследования: изучение условий старения клеточной культуры penicillium chrysogenum, связь биохимического стресса клеточной культуры и активность работы её митохондриального комплекса.
Материалы и методы
В качестве клеточной модели использована депонированная чистая культура аэробного мицелярного гриба (penicillium chrysogenum) продуцента феноксиметилпеницилина. Выявлялись закономерности влияния катаболитной репрессии (биохимического стресса) на изменения физиологических и биохимических параметров в процессе культивирования penicillium chrysogenum в условиях глубинной ферментации. В динамике оценивались следующие показатели: вязкость культуральной жидкости, биомасса, концентрация кислорода, температура культуральной жидкости, pH, концентрация углекислого газа, углеводов, белкового азота, ДНК, РНК, АТФ, концентрация ионов кальция, синтез пенициллина. Цитологические параметры были изучены в живой капле, в фиксированных препаратах клеточной культуры с использованием светового микроскопа при увеличении 20*60.
Результаты исследования
При создании условий биохимического стресса отмечено резкое снижение кислотности культуры (pH), увеличение клеточной биомассы, снижение концентрации ДНК, РНК, АТФ, нарушение дыхательного цикла, резкое снижение биосинтеза пенициллина, что свидетельствует о тесной связи между биохимическим стрессом и активностью работы митохондриального комплекса penicillium chrysogenum. Наблюдается прямая корреляция между уровнем pH, СО2, интенсивностью синтеза пенициллина, концентрацией АТФ и состоянием митохондриального комплекса культуры.
При создании условий, исключающих биохимический стресс, цитологическая картина клеточной культуры менялась в сторону здоровой клетки:
— уменьшалось количество крупных вакуолей и бочкообразных клеток;
— отмечалось снижение соотношения сухой биомассы культуры клеток к концентрации ДНК, РНК, АТФ;
— фиксировалось падение температуры клеточной культуры при константе условий культивирования;
— отмечался рост концентрации углекислого газа при оптимальном снижении подачи кислорода в культуру ткани, тем самым увеличивалась продолжительность дыхательного цикла и, соответственно, КПД работы клеточной культуры;
— регистрировалось значительное снижение энергозатрат за счет более эффективного использования культурой своего внутриклеточного ресурса АТФ, наблюдался устойчивый рост интенсивности биосинтеза пенициллина;
— культура клеток penicillium chrysogenum значимо увеличивала продолжительность своей биологической молодости.
Были выявлены самоуправляемые биотехнологические процессы. Саморегуляция жизненных процессов осуществлялась посредством обратной связи:
питание культуры ⇔ состояние митохондриального комплекса.
Саморегуляция жизненных процессов позволяет исключить биохимические стрессы из жизни культуры penicillium chrysogenum в процессе культивирования её в условиях глубинной ферментации.
Создание условий роста культуры клеток без биохимических стрессов означает создание оптимальных условий для работы митохондриального комплекса, т.е. сохранение энергетического баланса, длительное сохранение молодости культуры.
Обсуждение
Мы подошли к изучению человека, как к клеточному биореактору, где различные клеточные ткани, имеющие один и тот же наследственный геном, в результате онтогенеза оказались иммобилизированными (закреплены) во всем объеме биореактора (тела человека): центральная и периферическая нервная система, сердечно-сосудистая, дыхательная система и т.д. Все клетки и ткани человека находятся в таком же количестве жидкости, как и культура мицелярного эукариота penicillium chrysogenum.
Кровеносная система так пронизывает все ткани организма, как будто все клетки различных клеточных тканей находятся в состоянии глубинной культуры. Но у человека все клеточные ткани, за исключением крови и лимфы, жестко закреплены (иммобилизированы). Обмен веществ, органический и неорганический (углеводов, жиров, белков, микро- и макроэлементов, кислорода, двуокиси углерода, окиси углерода и др.) происходит по тому же принципу, что и в современном ферментере-биореакторе.
В ферментере-биореакторе регуляция всех процессов заложена в компьютерные программы и происходит по принципу обратной связи:
датчики анализаторы ⇔ программа компьютера.
Совершенство биореактора — высокодифференцированного организма человека заключается в совершенной саморегуляции, направленной на поддержание гомеостаза. Это совершенство может быть разрушено, если будут нарушены обратные связи между центральной и периферической нервной системой с ее нервными волокнами и рецепторами.
Нарушение обратных связей происходит при биохимических стрессах или сбоях в работе митохондрий, которые провоцируются:
— термической агрессией (переохлаждение, перегрев);
— вирусными, бактериальными и другими инфекциями;
— отравлением;
— физическими и нервными перегрузками;
— различного вида травмами и, собственно, проявлением апоптоза.
На модельных культурах penicillium chrysogenum было достоверно доказано, что, если клеточную ткань довести до состояния катаболитной репрессии (биохимического стресса), то в считанные минуты наблюдаются изменения биохимических и физиологических параметров. Цитологическая картина изменения живой клеточной ткани также происходит достаточно быстро (десятки минут). Культура клеток быстро стареет. На клеточной модели мы научились избегать биохимических стрессов, сохранять стабильную активность митохондриального комплекса культуры клеток в процессе ее жизнедеятельности.
Очень трудно создать идеальные условия жизни человека без биохимического стресса. Если мы не можем регулировать внешние факторы, мы должны модернизировать саму клеточную систему. А для этого существуют два варианта:
— первый, и очень дорогой вариант, — это генная инженерия;
— второй, менее дорогой и настолько же эффективный, — клеточная инженерия, которая не затрагивает и не изменяет напрямую ядерный геном клетки.
В рамках клеточной инженерии необходимо модернизировать внехромосомные структуры, от которых зависит работа, как всей клетки, так и хромосомного наследственного аппарата.
Главная внехромосомная структура, имеющая самое значительное влияние на жизнедеятельность клетки, — это МИТОХОНДРИЯ.
Был разработан специальный молекулярно-биологический комплекс (МБК) — питательная среда не для всей клетки, а конкретно для митохондриального комплекса, который, с учетом его функциональности, можно назвать клеточным энергорегенератором (КЭР). МБК способен активизировать, регенерировать работу митохондриального аппарата практически любой клеточной ткани.
Главная проблема заключается в том, как донести данные питательные среды до различных тканей организма.
В итоге разработаны молекулярно-биологические комплексы (МБК-Русинова), направленные на оздоровление тех или иных систем клеточных тканей.
Самое простое и эффективное применение разработанного МБК — это восстановление и активизация работы нервной системы человека. Это обусловлено высокой степенью специализированной дифференцировки данного вида ткани в сторону упрощения её строения и усиления её функциональности. Нервная ткань, особенно периферическая нервная система, — это практически и есть митохондриальный комплекс. Если периферические стволы механически не повреждены, то восстановление их функциональности происходит достаточно быстро, что подтверждено клиническими примерами далее.
Воздействие на уровне энергетических центров клетки (митохондрий) приводит к снижению окислительного стресса и агрессивности свободных радикалов. Разработанный МБК позволяет снять блоки ингибирования, превращения пировиноградной кислоты в энергию клетки. Клетки получают возможность работать в обычном режиме и при больших перегрузках.
Кроме того, активизация работы митохондрий требует повышения концентраций ионов кальция, которые, в случае необходимости, берутся из межклеточного пространства проблемной клеточной ткани, где обычно присутствует избыточное количество кальция, и транспортируются в митохондрии. При этом происходит диссоциация внеклеточных органических комплексов, в которых присутствует кальций, т.е. наблюдается процесс декальцинации. В результате этого процесса происходит оздоровление проблемных клеточных тканей.
Нарушение активности работы митохондрий в условиях биохимического стресса способствует выводу ионов кальция из митохондрий с помощью ферментных систем. Ионы кальция, через кальциевые каналы, выводятся в межклеточный матрикс, где их избыток образует нерастворимые органические комплексы с фибрином и др. органическими молекулами. Это является причиной нарушения обмена веществ на клеточном уровне, на органном уровне, проявляясь в виде остеопороза, остеохондроза, атеросклероза, нарушений в коагуляционной системе и т.д. Т.е. наблюдается процесс кальцинации.
Препараты на основе МБК, активизируя работу митохондрий, увеличивают их потребность в ионах кальция, следствием чего являются процессы декальцинации фиброзных образований, их постепенное рассасывание.
Для различных видов проблемных тканей разработаны митохондриальные питательные среды: линейка препаратов на базе МБК-Русинова:
— для нервной системы;
— для костно-мышечной системы;
— для сосудистой системы;
— для системы желудочно-кишечного тракта (ЖКТ).
Разработанные препараты для различных нозологий используются как отдельно, так и комплексно, дополняя друг друга.
Фармакодинамика МБК
Фармакологический механизм Молекулярно-биологического комплекса (МБК) основан на сочетании комплексного действия трех активных веществ, которые выступают в роли «обратного» разобщителя*. МБК в качестве «обратного» разобщителя осуществляет сдвиг в сторону увеличения синтеза АТФ (фосфорилирование), в то время как активность системы, отвечающей за выработку теплоэнергии, уменьшается. При этом наблюдается снижение температуры тела и увеличение нервно-мышечной активности.
*Разобщители — химические соединения, нарушающие сопряжение между дыханием и синтезом АТФ, дыхательный контроль (т.е. стимулируют дыхание в отсутствие синтеза АТФ) и стимулируют гидролиз АТФ в митохондриях. Пример самого известного разобщителя – цианиды. Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны или другие ионы (ионофоры) из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это явление называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. В этом случае скорость окисления NADH и FADH2 возрастает, возрастает и количество поглощённого кислорода, но энергия выделяется в виде теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается.
Канд. Биол. Наук Русинов Сергей Фёдорович. 20.09.2022 г.