Сотрудники лаборатории оптики и динамики биологических систем Физического факультета НГУ (входит в САЕ «Нелинейная фотоника и квантовые технологии») совместно с лабораторией цитометрии и биокинетики ИХКГ СО РАН разработали инструмент для моделирования формы тромбоцитов крови и ее изменения при активации. Статья новосибирских ученых опубликована в мартовском выпуске престижного научного журнала PLoS Computational Biology. Причем трехмерное изображение тромбоцита, созданное новосибирскими учеными, редакторы издания поместили на обложку.
Тромбоциты – второй по численности компонент крови после эритроцитов. Их основная функция – остановка кровотечения при повреждении стенок сосудов. Контакт с инородными веществами, обычно отсутствующими внутри кровотока, приводит к активации тромбоцитов. После этого они прилипают к поврежденной поверхности и друг к другу, образуя механическую «пробку». Активация – очень быстрый и сложный процесс, сопровождающийся резким изменением формы клетки: преобразование из дисковидной формы в сферическую происходит за несколько секунд. Это морфологическое изменение может иметь жизненно важное значение для предотвращения кровопотери. Однако полного понимания его значимости нет, возможно, потому, что количественное описание формы тромбоцитов при активации отсутствует.
– Нам было интересно с точки зрения биофизики рассмотреть эти клетки, как они участвуют в процессе сворачивания крови. Изменение формы тромбоцита при активации давно описано в литературе, но никто не может объяснить, почему и как именно оно происходит. В последние годы стали появляться детальные исследования этого процесса. Например, в тромбоцитах есть кольцо микротрубочек, которое в спокойном состоянии растягивает клетку и делает из нее дисковидный блинчик. При активации это кольцо микротрубочек переходит в трехмерную свернутую структуру, что позволяет клетке принять сферическую форму. Мы стали изучать это явление и увидели, что у свернутой структуры, у кольца микротрубочек, постоянная кривизна. Следующим шагом была гипотеза о том, что поверхность тромбоцита, мембрана клетки плюс кортекс, облегает каркас микротрубочек и в спокойном состоянии, и в свернутом. Вот из этих предположений мы математически строго вывели форму тромбоцита, сделали удобную программу, чтобы любой желающий мог ее смоделировать, – рассказал заведующий лабораторией оптики и динамики биологических систем ФФ НГУ Александр Москаленский.
В своей статье ученые описали изменение формы, основанное на физическом рассмотрении цитоскелета тромбоцитов, и предложили математически строгую постановку задачи, решением которой является широкий класс форм как дисковидных, так и активированных клеток. Биофизики надеются, что этот инструмент поможет лучше понять механизмы поведения этих клеток и воздействовать на них. Например, при излишней активности тромбоциты участвуют в образовании тромбов внутри сосудов, и это необходимо корректировать. В таких случаях используется антитромбоцитарная терапия: пациентам дают препараты, блокирующие активность тромбоцитов. Сейчас остро стоит задача поиска новых направлений такой терапии, потому что традиционные препараты не всегда эффективны и вызывают привыкание. Направление, связанное с воздействием на форму клетки, может быть перспективным. Но сейчас такие препараты отсутствуют, возможно, потому, что нет достаточного понимания, как форма тромбоцита связана с его функциями.
Работа биофизиков НГУ будет продолжена благодаря поддержке Российского научного фонда. Лаборатория получила грант на исследования в области биофотоники. Их цель – выяснить, как тромбоциты участвуют в формировании сосудистых осложнений у больных сахарным диабетом, и предложить новые методы их лечения. Проект будет реализовываться в сотрудничестве с клиникой НИИКЭЛ (филиал ИЦиГ СО РАН) и университетом Астон (Великобритания).
