Российские ученые предложили методологию диагностики гипертонии на ранних стадиях. Она основана на применении серебряных наноструктур, которые позволяют повысить чувствительность исследования с помощью поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии. Предложенный метод позволяет обнаружить ранние гипертонические изменения в клетках крови и вовремя начать лечение. Исследование опубликовано в журнале Biosensors.
Сердечно-сосудистые заболевания – причина смерти номер один в мире. Одним из основных факторов развития таких болезней является повышенное артериальное давление, или гипертония (гипертензия), которая приводит к кислородному голоданию (гипоксии) органов и тканей и может стать причиной инсультов, инфарктов, васкулопатии и поражения почек.
Одна из причин возникновения гипоксии тканей – нарушение эластичности сосудов, снижение способности гемоглобина эритроцитов связывать кислород (в капиллярах легких), транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях. Эти процессы зависят как от состояния клеточной мембраны, объема клетки, так и патологических процессов в гемоглобине.
Идентификация и мониторинг молекулярных процессов при таких патологиях, возникающих на клеточном уровне, может помочь в развитии методов ранней диагностики, индивидуальному подходу к назначению лекарств с учетом показателей не только гемодинамики, но и состояния гемоглобина, для повышения эффективности лечения и снижения риска поражения внутренних органов.
Ученые НИТУ «МИСиС», МГУ имени М.В. Ломоносова, МФТИ и Копенгагенского университета предложили технологию исследования эритроцитов (красных кровяных телец) при различных патологиях с помощью поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (СЕРС) с использованием коллоидного раствора наночастиц серебра и серебряных наноструктурных поверхностей для повышения точности спектроскопии.
«Наноструктурные поверхности были получены путем растворения 0,3 г нитрата серебра в 40 мл воды. В полученный раствор добавляли 30 мл 20-ти процентного раствора гидроксида натрия, образовавшуюся субстанцию отмывали и добавляли 5 мл 25-ти процентного гидрата аммиака и 25 мл воды. Затем получившийся раствор распыляли на поверхности покровного стекла и подвергали термической обработке. Ранее было доказано, что использование таких наноструктурированных подложек позволяет получить более высокое разрешение при исследовании объекта с помощью Раман-спектроскопии», – рассказал один из авторов исследования д.б.н., профессор кафедры физического материаловедения НИТУ «МИСиС» Георгий Максимов.
Исследователи изучили образцы крови крыс с нормальным и повышенным артериальным давлением. В ходе исследования установлено, что при повышенном кровяном давлении наблюдается увеличение вязкости плазматической мембраны эритроцитов. В качестве возможного объяснения этому авторы приводят результаты, свидетельствующие о высоком уровне холестерина в мембране эритроцита, который часто наблюдается у гипертоников. В результате исследователи пришли к выводу, что повышенный уровень холестерина в крови повышает вязкость плазматической мембраны и нарушает ряд функций эритроцитов (изменение формы, объема клетки или проницаемости мембраны).
Кроме того, применение СЕРС впервые позволило ученым выявить снижение подвижности гема гемоглобина в эритроцитах крыс-гипертоников. Авторы исследования полагают, что этот эффект связан с увеличением вязкости мембраны эритроцита при гипертонии, так как гем гемоглобина хуже сорбирует молекулы кислорода. Все это, в свою очередь, приводит к нарушениям поставки кислорода в ткани.
«Проведение исследований в сфере биоматериаловедения является одним из ключевых направлений деятельности НИТУ «МИСиС» в рамках стратегического проекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия». Его ключевая задача – ликвидировать разрыв между возможностями современных материалов медицинского назначения и потребностями современного человека в улучшении качества жизни. Благодаря значительной экспертизе ученых университета в области материаловедения в 2030 году будут созданы конкурентоспособные на мировом уровне материалы и технологии в области биомедицины», – отмечает ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
Таким образом, предложенный российскими учеными оригинальный метод позволяет с высокой разрешающей способностью и чувствительностью обнаружить изменения способности эритроцитов переносить кислород уже на ранних стадиях формирующейся гипертонии. По мнению авторов исследования, эти новые возможности необходимо использовать для дальнейшей разработки и совершенствования методологии ранней диагностики гипертонии и других сердечно-сосудистых заболеваний.