Основные достижения

Работа по применению флуоресцентных зондов для исследования биологических мембран в норме и патологии была начата проф. Ю.А.Владимировым во 2-м Московском медицинском институте в 1969 году и продолжена в НИИ ФХМ с момента основания института. За эти годы были созданы оригинальные зонды, разработаны теория и методы их применения и получены клинически значимые результаты. Эти результаты не уступают результатам, полученным какой-либо иной лабораторией в мире в области использования техники флуоресцентных зондов. В ходе работы были впервые решены также некоторые теоретические проблемы, влияющие на развитие данного направления.
Молекула зонда размером около 1 нм связывается с белками и липидами и является физическим датчиком минимально возможного размера, чувствительным к структуре окружающего зонд липида или белка.
В 1983-1990 гг., в первые годы существования института и лаборатории, в стране был остро поставлен вопрос о необходимости профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, которые являются причиной 50% смертности. Одним из основных элементов такой профилактики является регулярный контроль уровня атерогенных липопротеинов в крови, что в масштабах страны означало 300 миллионов анализов ежегодно. Однако страна не располагала технологиями такого анализа для мониторинга всего населения. Поэтому по инициативе директора института, академика Ю.М.Лопухина, в 1990-1992 гг. в лаборатории был создан оригинальный, не имеющий аналогов флуоресцентный экспресс-микрометод определения атерогенных липопротеинов в крови, предназначенный для скрининга населения и контроля факторов риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (Е.Н.Лапшин, Н.К.Курек, А.Н.Рухтин, Р.К.Айдыралиев, Ю.А.Грызунов). Для массового клинического применения этого метода были созданы клинические флуориметры ЗОНД АКЛ-01 (А.В.Бонокин, завод им. В.А.Дегтярева) и наборы реактивов (Г.В.Белевич, институт органического синтеза, г.Рига), рекомендованные министерством здравоохранения к клиническому применению.
В последующие годы путем применения наносекундных измерений флуоресценции удалось добиться более детального определения липопротеинов в микроколичествах сыворотки крови (Т.И.Сырейщикова) (патенты Великобритании, Европы и США).
В последнее время исследование липопротеинов и мембран перенесено на уровень клетки и субклеточных органелл вплоть до регистрации единичных молекул (С.К.Гуларян, В.Ю.Светличный совместно с проф.О.М.Саркисовым, институт химической физики РАН).
В ходе исследований липопротеинов было установлено расположение белка в липопротеинах низкой плотности (М.М.Спирин, Е.Н.Лапшин, Н.К.Курек) и дискоидальных липопротеинах высокой плотности (А.Д.Дергунов, Г.Е.Добрецов) и элементы четвертичной структуры липопротеинов очень низкой плотости (Е.Н.Лапшин, Н.К.Курек), а также расположение белка в множественно модифицированных ЛНП, характерных для атеросклероза (А.С.Орехов, О.М.Панасенко, С.К.Гуларян).

Другая линия исследований направлена на получение новой информации о физико-химических свойствах белков крови. Эти свойства изменяются при патологических процессах, однако клиника не располагала достаточно удобными методами для регистрации подобных изменений и использования такой информации в диагностике. Прежде всего, изменяются свойства транспортного белка плазмы крови – альбумина. С целью контроля конформации молекулы альбумина был синтезирован флуоресцентный зонд К-35 (проф. Б.М.Красовицкий, институт монокристаллов, Украина). Для клинических исследований диагностических возможностей этого подхода был создан клинический флуоресцентный тест (Р.К.Айдыралиев, Ю.И.Миллер, Ю.А.Грызунов), разработаны и выпущены опытные партии наборов реактивов (Ю.А.Грызунов, А.Б.Пестова, Е.Н.Коцаймани, М.Н.Комарова). Исследования, проведенные более чем в 60 клиниках, показали, что альбуминовый флуоресцентный тест эффективен для раннего прогноза развития перитонита, в дифференциальном диагнозе, оценке тяжести и прогнозе развития острого панкреатита (проф. Г.В.Родоман, Т.И.Шалаева), в прогнозе острых отравлений психотропными препаратами (Е.Д.Сыромятникова, проф. К.К.Ильяшенко), значительно превосходя в этом отношении остальные лабораторные показатели крови. Интересные результаты получены при стрессе и психических расстройствах (проф. М.Г.Узбеков, Э.Ю.Мисионжник, Н.В.Смолина, Е.В.Коплик). Эта линия исследований была поддержана международным грантом, грантами РФФИ и Президиума Российской академии наук.

Интересная и, возможно, весьма перспективная линия исследований основана на разработанных в лаборатории флуоресцентных методах
прижизненного измерения потенциалов электрических полей на мембранах клеток крови. С помощью флуоресцентных зондов в лаборатории был впервые предложен метод измерения потенциалов одновременно двух электрических полей – на плазматической и митохондриальной мембранах – в лимфоцитах крови (Г.И.Морозова, В.В.Косников). Дальнейшие исследования совместно с другими лабораториями и клиниками показали, что измерение потенциала этих электрических полей может быть использовано при аллергиях для тестирования аллергена, к которому чувствителен пациент (В.В.Косников), причем в отличие от кожных провокационных проб, проводимых на самом пациенте, флуоресцентный анализ проводится в крови вне тела. Электрические поля изменяются также при бронхиальной астме (проф. Н.А.Дидковский) и реагируют на опухолеассоциированные антигены (проф. В.Я.Арион, О.В.Белова). Таким образом, измерение электрических полей клеток крови - новый источник информации о состоянии иммунокомпетентных клеток при иммунологических заболеваниях, который требует дальнейшей разработки.

Как оказалось, флуоресцентные зонды могут служить эффективным средством изучения не только крови. Недавно начата работа с другими биологическими объктами (Е.В.Михальчик, Н.В.Смолина).

Зонды весьма чувствительны к малейшим изменениям окружающей их среды (белка или липида, с которым зонд связан). Однако создание полезного зонда и полное физическое описание его поведения представляет весьма сложную проблему. В этом направлении в лаборатории совместно с химиками (проф.Б.М.Красовицкий, г.Харьков; проф.Г.Я.Дубурс, г.Рига) была создана группа новых зондов (на которых и базируются новые методы диагностики), и удалось объяснить физические и физико-химические принципы их поведения в крови и других биологических объектах (М.М.Спирин, Е.Н.Лапшин, Н.К.Курек, А.Н.РВ.Ю.Светличный, С.К.Гуларян, Ю.А.Грызунов, М.Н.Комарова, Н.В.Смолина, Т.И.Сырейщикова в сотрудничестве с другими институтами). Новый импульс работе придал запуск в лаборатории собственной рабочей станции для квантово-химических расчетов возбужденных состояний молекул зондов и молекулярной динамики окружения зонда в липиде (С.К.Гуларян, Б.М.Поляк). Эти работы были поддержаны грантами РФФИ и РАН и международным грантом.