«Разрядка» митохондрий защищает мозг от последствий инсульта

Химические соединения, способные избирательно накапливаться в митохондриях, снижая их мембранный потенциал, обладают нейропротекторными свойствами и могут быть использованы для предотвращения тяжелых неврологических нарушений после инсульта. Таковы выводы работы, опубликованной в Biochemistry and Biophysics Acta - Bioenergetics группой исследователей из МГУ им. Ломоносова во главе с В.П.Скулачевым.

Известно, что многие патологические состояния связаны с увеличением продукции в «энергетических станциях клеток» митохондриях свободных радикалов, которые оказывают негативное воздействие на различные структуры клеток (окислительный стресс). Этот процесс напрямую зависит от величины митохондриального мембранного потенциала - чем он выше, тем больше свободных радикалов производит митохондрия.

Сократить ущерб, связанный с окислительным стрессом из-за патологической активности митохондрий, можно, организовав утечку избыточного заряда через митохондриальную мембрану. Этот защитный механизм называется разобщением окислительного фосфорилирования, он  используется клетками различных тканей в естественных условиях, но его можно запустить и при помощи синтетических соединений. Однако возможность медицинского применения подобных  молекул ограничивается крайне незначительным терапевтическим окном - разницей между терапевтической и токсической дозами препарата. Дело в том, что резкое снижение мембранного потенциала приводит к нарушению основной функции митохондрии - синтеза АТФ, универсального «топлива», необходимого для поддержания жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Группой академика Скулачева был создан ряд веществ - катионных разобщителей, химическая структура которых позволяет им избирательно накапливаться в митохондриях и снижать избыточный митохондриальный потенциал. При этом воздействие катионных разобщителей носит саморегулирующийся характер - поскольку это отрицательно заряженные молекулы, скорость их проникновения в митохондрии прямо пропорциональна митохондриальному потенциалу. Однако митохондриальный потенциал снижается по мере роста концентрации катионного разобщителя внутри митохондрии. 

В опубликованной работе исследовались свойства нового мягкого разобщителя - бутилового эфира родамина-19 (C4R1). Было показано, что это вещество эффективно накапливается в митохондриях до определенной концентрации, не нарушая их жизненно важных функций.  В опытах на крысах - моделях ишемического инсульта было показано, что введение  C4R1 после обратимого нарушения мозгового кровообращения значительно сокращает масштаб повреждений головного мозга животных и связанные с этим неврологические нарушения. Так, у крыс, получивших внутривенную инъекцию соединения, отек мозга уменьшился приблизительно в 4 раза по сравнению с контрольной группой (в среднем 20% и 5%  соответственно), а зона ишемического поражения мозга сократилась на 25-30%. Проведенные тесты на координацию движений также показали, что применение  C4R1 приводило к существенному сокращению постинсультного неврологического дефицита у подопытных грызунов.

Прокомментировать результаты исследований для МедНовостей согласился ведущий научный сотрудник Лаборатории структуры и функции митохондрий НИИ ФХБ им. Белозерского, д. б. н. Егор Плотников:

- Следует отметить, что предотвращение продукции кислородных радикалов в митохондриях является, по мнению ученых, основополагающим принципом борьбы со многими заболеваниями. Более того, согласно свободнорадикальной теории старения, препараты, подавляющие окислительный стресс в митохондриях, могут оказаться эффективными средствами предотвращения старения организма. Интересно, что митохондриальные мягкие разобщители, изученные в данной работе, являются составной частью других перспективных препаратов, которые активно разрабатываются в рамках проекта «практическое применение ионов Скулачева».  Если химически «пришить» к молекуле такого разобщителя антиоксидантную молекулу, то можно получить антиоксидант, направленный в митохондрии. Такое соединение будет обладать и свойствами разобщителя, нормализующего митохондриальный потенциал, и свойствами антиоксиданта, «гасящего» уже возникшие кислородные радикалы. Сейчас активно ведутся клинические исследования по применению подобных молекул в лечении ряда заболеваний.

Но и молекулы без антиоксидантной части могут явиться многообещающими препаратами. Так, разобщитель C4R1 эффективно защищает мозг от ишемического повреждения, а значит, может в дальнейшем, в случае успеха клинических испытаний, использоваться для терапии инсульта и ряда других неврологических заболеваний.