Студентки НГУ исследовали способность аэрозольных частиц проникать в ткани живых организмов

Загрязнение воздуха негативно влияет на здоровье человека и может приводить к обострению респираторных заболеваний, усугублению астмы, раку легких и, соответственно, преждевременной смерти. Аэрозольные частицы в основном проникают в живые организмы через дыхательные пути и могут оседать на стенках трахей или артерий, что в свою очередь может стать причиной сердечного приступа или повреждений мозга, — отмечают Даяна Гулевич и Александра Селиванова в докладе на основе исследования, представленном на Международной научной студенческой конференции-2016.

Целью эксперимента молодых учёных из Новосибирского государственного университета и НИОХ СО РАН было выяснить, как частицы аэрозолей проникают в ткани живых организмов и накапливаются в них.

Студентки НГУ применили для аэрозольных исследований метод ускорительной масс-спектрометрии. Эксперимент проводился на базе совместной лаборатории радиоуглеродных методов анализа (ЛРМА) НГУ-ННЦ.

Ускорительная масс-спектрометрия (УМС) — современный сверхчувствительный метод изотопного анализа веществ, основанный на извлечении из исследуемого образца отдельных атомов с последующим поштучным подсчетом изотопов. Содержание регистрируемого редкого изотопа в образце может находиться на уровне 10-12–10-15 относительно основного изотопа. Для УМС-анализа необходимо всего 0,001 грамма вещества. Использование УМС в радиоуглеродном анализе позволяет непосредственно подсчитывать число изотопов 14C вместо измерения скорости их распада.

В эксперименте участвовали две партии мышей. Первая партия подвергалась однократному воздействию аэрозоля в течение тридцати минут, вторая — пятикратному воздействию (в течение пяти дней) по тридцать минут. Изотопный анализ проводился на основных органах лабораторных мышей: легкие, мозг, печень, сердце и почки.

В ходе эксперимента студентками НГУ впервые было показано, что при однократном воздействии частицы могут проникать через легкие в другие органы. У первой группы мышей аэрозоли в заметном количестве были обнаружены в печени. У второй экспериментальной группы аэрозольные частицы зафиксированы в легких, печени и почках. Однако исследователи отмечают, что со временем частицы выводятся из организма.
По словам Даяны Гулевич, в перспективе исследование проникновения аэрозольных частиц может использоваться, например, для тестирования качества работы воздушных фильтров, создания новых ингаляционных лекарственных препаратов и т. д.

► Для изучения механизма проникновения аэрозольных частиц в организм используются различные методы (ингаляционный, внутривенное и внутритрахеальное введение суспензии частиц под давлением), каждый из которых имеет свои минусы — токсичность, низкая чувствительность и т. д. При использовании этих методов в большинстве случаев аэрозольные частицы удается обнаружить только в легких. Основные преимущества метода ускорительной масс-спектрометрии — высокая чувствительность и возможность использования в естественных условиях.

Метод УМС благодаря своим преимуществам имеет широкий спектр применения: от датировки археологических и геологических образцов, установления подлинности картин и икон до применения в медицине при изучении фармакокинетики новых лекарственных средств, диагностики содержания бактерии Helicobacterpylori, вызывающей у человека язву желудка и анализа допинговых проб. Например, в конце 2015 года сотрудники лаборатории с помощью метода УМС определили возраст останков, найденных на месте пересыльной тюрьмы НКВД в Новосибирске.

— Для исследования проникновения аэрозолей были получены полистирольные микросферы, содержащие изотопную метку 14C, которые использовались в качестве модельной системы аэрозольных частиц. Непревзойденная чувствительность метода УМС как раз и позволила проводить аэрозольные испытания в естественных условиях, — поясняет Даяна Гулевич.


Работа состояла из пяти основных этапов:

– синтез мономера (стирола) с изотопной меткой 14C

– получение полимерных микросфер заданного состава и размера в диапазоне от 50 нм до нескольких микрон

– генерирование из полученного латекса аэрозоля и его испытание на лабораторных мышах

– получение биологических проб и их подготовка к изотопному анализу

– изотопный анализ на ускорительном масс-спектрометре

На данный момент группа исследователей анализирует образцы из второй серии экспериментов, где для генерации аэрозоля использовались полистирольный латекс с размерами частиц 78 нм, содержащий карбоксильные группы на поверхности.

В исследовании принимали участие сотрудники НГУ и пяти организаций и институтов СО РАН: Новосибирского института органической химии, Института катализа, Института химической кинетики и горения, Института ядерной физики, компании «Академлаб».

Работа была представлена Даяной Гулевич на Международном форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2016» в Москве и заняла первое место в секции «Инновации в химии: достижения и перспективы». По материалам работы подготовлены и отправлены в редакции иностранных журналов две научных статьи. Научный руководитель работы — сотрудница ЛРМА, доцент, кандидат химических наук Екатерина Пархомчук.