Біофізичний вісник

Вплив редокс-активних молекул на окиснення тіолів у присутності наночастинок

Н. С. Кавок — 2025-08-06

Актуальність. Високі рівні АФК (активних форм кисню) пухлинних клітин роблять їх більш чутливими до окислювального стресу порівняно з нормальними клітинами. Таким чином, утворення додаткових АФК може призвести до загибелі ракових клітин. Окислювально-відновний цикл є ключовим процесом, відповідальним за виробництво АФК різними медичними та експериментальними протипухлинними агентами. Серед цих сполук — хінони та аскорбінова кислота, яка виявляє синергічний протипухлинний ефект. Підвищені рівні глутатіону та глутатіонзалежні антиоксидантні ферменти відіграють ключову роль у захисті ракових клітин від внутрішньоклітинного окисного стресу. Наночастинки зі властивостями виснаження глутатіону можуть діяти як інтелектуальні хіміодинамічні агенти, які порушують систему антиоксидантного захисту клітин. У даній роботі неорганічні наночастинки на основі рідкоземельних елементів використовуються як каталітичні підсилювачі одноелектронного переносу з утворенням органічних і кисневих радикалів в окисно-відновних циклах аскорбінової кислоти та вітаміну К3.

Мета роботи. Вивчити динаміку окиснення тіолів у присутності наночастинок у поєднанні з редокс- активними молекулами.

Матеріали та методи. Як індикатор прооксидантної ефективності наночастинок (CeO2 (2 нм, 20 мкг/мл) або GdYVO4:Eu³⁺ (2 нм, 20 мкг/мл)) у поєднанні з органічними сполуками (аскорбінова кислота (100 або 200 мкМ) та вітамін K3 (4 мкМ)) використовували зміни рівня тіолів (глутатіону (200 мкМ), L-цистеїну (200 мкМ) або дитіотреїтолу (500 мкМ)) у модельній системі.

Результати. Показано, що наночастинки GdYVO4:Eu³⁺ та CeO2 підсилюють окиснення тіолів під впливом кожної редокс-активної молекули, а також їх комбінації. Ефективність наноцерію, а також комбінацій редокс-активних молекул, була вищою порівняно з відповідними комбінаціями наночастинок ортованадату (включаючи часову динаміку), що було особливо виражено в системі окиснення дитіотреїтолу.

Висновки. Отримані дані свідчать про здатність наноцерію суттєво посилювати окиснення тіолів, індуковане редокс-активними молекулами, що розкриває перспективність цього підходу у вирішенні проблеми підвищеного рівня тіолів у пухлинних клітинах.

Вплив кріопротекторів на осмотичну толерантність інтерстиціальних клітин яєчка

Олександр Пахомов — 2025-08-06

Актуальність. Кріозбереження — це багатокроковий процес, який включає етапи, що механічно, осмотично та токсично впливають на біологічний матеріал. Використання кріозбереження біологічних матеріалів є економічно вигідним та забезпечує довготривале зберігання за кріогенних температур. Воно також гарантує стабільність генетичного компоненту клітин та знижує ризик контамінації біологічного матеріалу.

Мета роботи. Метою дослідження є вивчення впливу кріопротекторів (диметилсульфоксид (DMSO), декстран (D40), гідроксіетилкрохмаль, поліетиленгліколі (PEG1500 та PEG400) та фетальна бича сироватка) і їх комбінацій на взаємозв’язок між осмотичною толерантністю інтерстиціальних клітин яєчка (ІК) та кріозахистом.

Матеріали і методи. Поріг осмотичної толерантності (OTL) ІК та токсичний вплив кріопротекторів досліджували в середовищах на основі фосфатного буферного розчину з різною осмолярністю: ізоосмотичний (300 мОсм), гіпоосмотичний (225 мОсм) та гіперосмотичний (600 мОсм). Подібні осмотичні умови можуть розвиватися під час кріозбереження клітин у температурному діапазоні від +4 до -30 °C.

Результати. Показники виживання клітин після інкубації в середовищах залежали від осмолярності середовищ інкубації. Вони порівнювалися з показниками, отриманими після охолодження ІК до ‑30 °C з наступним нагріванням та видаленням кріопротекторів. Ми показали, що нетоксична добавка D40 підвищувала OTL ІК у гіпоосмотичному середовищі та зменшувала негативний вплив DMSO на клітини. Ці ефекти супроводжувалися високими показниками виживання ІК, отриманими після охолодження ІК до -30 °C у середовищі з 100 мг/мл D40 і 0,7 М DMSO.

Висновки. Ці результати розкривають механізми кріозахисту середовища 0.7DMSO+D40 і частково пояснюють перевагу цього середовища, яка була продемонстрована в наших попередніх роботах порівняно з іншими дослідженими середовищами. Розуміння механізмів кріопошкодження та кріозахисту 0.7DMSO+D40 відкриває шлях до розробки нових кріопротекторних композицій, вільних від сироватки та ксеногенних компонентів, а також покращення протоколів кріозбереження для клітинних суспензій, що включають багато типів клітин. Подальші дослідження необхідні для вивчення ефектів DMSO на мембрани та внутрішньоклітинні метаболічні процеси.

Дозові ефекти ультрафіолетового та терагерцового лазерного випромінювання на плазматичну мембрану еритроцитів

Лариса Січевська — 2025-08-06

Актуальність. У сучасній медицині активно застосовуються різні технічні засоби та розробки у вигляді інвазивної внутрішньосудинної (ВЛОК) та неінвазивної транскутанної методик опромінення крові, у тому числі, з застосуванням низькоінтенсивного лазерного випромінювання (НІЛВ) різних діапазонів. Незважаючи на позитивні клінічні результати такого впливу, фізико-молекулярні механізми залишаються не до кінця з’ясованими. Ультрафіолетовий (УФ) і терагерцовий (ТГц) діапазони електромагнітного випромінювання відносять до біогенних, тому встановлення їх ефектів на рівні клітин крові дозволить мотивовано рекомендувати їх до використання у медичній та біотехнологічній практиці після розроблення відповідних методик впливу.

Мета роботи — дослідження біогенної активності НІЛВ ультрафіолетового та терагерцового діапазонів на структурно-функціональний стан еритроцитів крові щурів іn vitro.

Матеріали і методи. Методами мікроелектрофорезу, спектрофотометрії та кислотних еритрограм досліджено, відповідно, дзета-потенціал еритроцитів, вміст первинних продуктів перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) в еритромасі (кон'югати жирних кислот фосфоліпідів мембран еритроцитів — дієнові (ДК), трієнові (ТК) і тетраєнові (ТЕК), оксодієнові (ОДК)), резистентність еритроцитів до дії кислотного гемолітика після попереднього лазерного опромінення в УФ та ТГц діапазонах. Лазерне опромінення зразків в УФ діапазоні здійснювали імпульсним азотним лазером (λ = 0,337 мкм), опромінення в ТГц діапазоні — безперервним СО₂-лазером (λ = 118,8 мкм).

Результати. Вплив НІЛВ УФ та ТГц низької потужності дози опромінення спричинює фізико-хімічні зміни в плазматичній мембрані еритроцитів. Встановлено нелінейне дозозалежне зниження електрокінетичного потенціалу клітинної поверхні та підвищення гемолітичної чутливості еритроцитів на тлі активації процесів перекисного окислення ліпідів в еритроцитарних мембранах.

Висновки. За умов впливу НІЛВ стимулюються процеси вільно-радикального переокислення ліпідів мембран еритроцитів. Виявлена виражена біогенна активність НІЛВ УФ діапазону на рівні мембран еритроцитів. Отримані дані можуть бути використані для розширення спектру застосування НІЛВ УФ діапазону в методиках ВЛОК.

Оптична та електронна мікроскопія для візуалізації модельних циркулюючих пухлинних клітин

Марина Оленчук — 2025-08-06

Актуальність. Мікроскопія є ключовим інструментом у біофізичних дослідженнях для візуалізації морфології, структури та динамічних процесів у живих клітинах. Залежно від конкретних задач застосовують різні методи оптичної та електронної мікроскопії, кожен з яких має свої переваги. Визначення особливостей будови цитоскелета, ядра, мембрани циркулюючих пухлинних клітин на моделі карциноми легені Льюїса (LLC) є важливою біофізичною та біологічною задачею, оскільки дозволить встановити мішені для протипухлинної та антиметастатичної терапії, а також дослідити механізми дії протипухлинних препаратів. Однак комплексне мультимодальне зображення таких клітин, особливо в умовах відсутності адгезії, залишається обмеженим у літературі через складність роботи з такими моделями.

Мета. Метою роботи було отримати зображення клітин карциноми легені Льюїса (LLC), вирощених в деадгезивних умовах, за допомогою різних методів мікроскопії. Завданням було оцінити можливості кожного методу окремо та у поєднанні для візуалізації клітинної морфології, внутрішньоклітинної структури та взаємодії з наночастинками.

Матеріали та методи. Клітини LLC були отримані з Національного банку клітинних ліній та штамів пухлин ІЕПОР НАН України та культивувалися у середовищі RPMI-1640 в умовах деадгезивного росту. Візуалізацію проводили за допомогою інверсного оптичного мікроскопа (Euromex Oxion), флуоресцентної та конфокальної мікроскопії (Carl Zeiss LSM 510) з фарбуванням F-актину (Alexa Fluor 488-фалоїдіном) і клітинних ядер (Hoechst 33342), безміткової мікроскопії когерентного антистоксового розсіювання (Leica TCS SP8), а також скануючої електронної мікроскопії (TESCAN MIRA3 LMU). 2D-MoS₂ наночастинки, а також 2D-MoS₂ і доксорубіцин одночасно, були застосовані для дослідження опосередкованого маркування наночастинками клітин та поглинання клітинами.

Результат. У цій статті представлено порівняльний аналіз різних методів візуалізації культур клітин карциноми легені Льюїса (LLC), включаючи оптичні, флуоресцентні, конфокальні, КАРС і СЕM мікроскопічні техніки. Флуоресцентна мікроскопія зі специфічними барвниками дала можливість зробити аналіз розмірів і морфології F-актинових волокон і показала, що ядра займають більшу частину деадгезивних клітин. Електронна мікроскопія виявила численні філоподії на поверхні клітин. КАРС виявив наявність ліпідних дроплетів в клітинах.

Висновки. Кожен із методів мікроскопії забезпечив унікальні та доповнюючі одна одну характеристики клітинної морфології, організації цитоскелета, вмісту ліпідів та структури мембрани. Наночастинки показали ефективність як подвійні агенти — маркери та носії препаратів. Вперше представлено докладне SEM-дослідження деадгезивних клітин LLC, що демонструє потенціал мультимодальної візуалізації для аналізу модельних циркулюючих пухлинних клітин.

Протикоронавірусна активність С60 фулерену: in silico та in vitro скринінг

Василь Гурмач — 2025-08-06

Актуальність. Пошук потенційних терапевтичних засобів проти найбільш поширених коронавірусів, які несуть загрозу життю людини і тварин, є актуальним питанням сучасної біомедицини.

Мета роботи полягала в оцінці in silico здатності С₆₀ фулерену взаємодіяти з мембранним білком ACE2, запобігаючи утворенню комплексу «коронавірус-ACE2» і подальшому його проникненню всередину клітини-господаря, а також ефективності протикоронавірусної дії цих вуглецевих наночастинок у системах in vitro.

Методи. Для дослідження структурної організації білка АСЕ2 людини використали дані Protein Data Bank, для побудови мембрани — web-ресурс CHARMM-GUI, а для С₆₀ фулерену — онлайн сервер SwissParam. Потенційні кишені зв’язування для C₆₀ фулерену у структурі АСЕ2 визначили за допомогою програмного пакету Caver. Для дослідження взаємодії C₆₀ фулерену та АСЕ2 використали алгоритм системного молекулярного докінгу (sdock+). Розрахунки з молекулярної динаміки (МД) виконали у програмному пакеті Gromacs 2020. В експериментах in vitro використали цитотоксикологічні та вірусологічні методи. Статистичну обробку результатів вимірювань проводили за використання програми Statistica 13.3.

Результати. Встановили три потенційних сайти зв’язування між жолобком пептидазного домену білка ACE2 і С₆₀ фулереном. Результати молекулярного докінгу та МД свідчать, що С₆₀ фулерен утворює два стабільних комплекси з ACE2 білком, блокуючи таким чином його потенційну взаємодію з коронавірусами. За результатами in vitro досліджень випливає, що С₆₀ фулерени за максимально допустимої концентрації 37,5 мкг/мл діють на коронавіруси свиней (α-коронавірус) і великої рогатої худоби (β-коронавірус) на ранній стадії реплікації (1 год) у чутливих клітинних системах, суттєво знижуючи їх інфекційну активність на величину 2,00 lg ТЦД₅₀/мл і ≥2,28 lg ТЦД₅₀/мл, відповідно.

Висновки. Показано, що С₆₀ фулерен утворює два стабільних комплекси з білком ACE2, пригнічуючи його функціональну активність і блокуючи потенційну взаємодію з коронавірусами. Встановлено, що С₆₀ фулерени проявляють противірусну активність щодо коронавірусів двох груп на початковій стадії інфікування при взаємодії з чутливими клітинами-господаря.

С60 фулерен сприяє відновленню скоротливої активності musculus gastrocnemius щурів після нейрогенної атрофії

Дмитро Ноздренко — 2025-08-06

Актуальність. Відновлення скоротливої активності скелетних м’язів після нейрогенної атрофії є складним і тривалим процесом. Відтак, пошук ефективних терапевтичних засобів для його прискорення є вкрай актуальним завданням сучасної біомедицини. Атрофія скелетних м’язів супроводжується зменшенням м’язової маси, втомлюваністю та зниженням скоротливої здатності, що пов’язано з активацією оксидативного стресу, запаленням і катаболічними реакціями. Денервація запускає складні сигнальні каскади за участю Ca²⁺та факторів транскрипції, які сприяють розпаду білків й порушенню функціональності міоцитів. Мітохондріальна дисфункція, мітофагія та порушення окисного фосфорилювання поглиблюють дегенеративні процеси у м’язових волокнах. Крім атрофії м’язів, спостерігається ремоделювання оточуючих тканин, зокрема фіброз і деваскуляризація, що ускладнює регенерацію. Одним із ключових факторів ініціації атрофії є окислювальний стрес, тому сучасні терапевтичні підходи спрямовані на його нейтралізацію за допомогою антиоксидантів, стовбурових клітин та позаклітинних везикул.

Мета роботи — дослідження дії С₆₀ фулеренів, що володіють антиоксидантними властивостями, на механокінетику скорочення m. gastrocnemius щурів упродовж 30 діб після нейрогенної атрофії, викликаної пошкодженням сідничного нерва.

Матеріали та методи. При аналізі міотичної відповіді з використанням тензометрії оцінювали такі механокінетичні параметри як рівень максимальної сили скорочення м’яза, час досягнення його максимальної сили скорочення та час утримання максимальної сили скорочення m. gastrocnemius. Додатково проводили гістологічні дослідження m. gastrocnemius.

Результати. Показано, що у травмованих тварин, які перорально щоденно вживали водний розчин С₆₀ фулерену (C₆₀ФВР) у дозі 1 мг/кг упродовж експерименту, мала місце позитивна динаміка досліджуваних механокінетичних параметрів скорочення m. gastrocnemius на рівні 29–39±3% порівняно з групою тварин, які не вживали C₆₀ФВР, що підтверджується гістологічним аналізом цих м’язів на 30 добу після ініціації пошкодження сідничного нерва.

Висновки. Одержані результати свідчать про перспективність використання С₆₀ФВР для відновлення скоротливої активності скелетних м’язів після нейрогенної атрофії.