УДК 576.32/.36 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ УАБАИНА НА СЕНСОРНЫЕ НЕЙРОНЫ С

УДК 576.32/.36
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ УАБАИНА НА СЕНСОРНЫЕ НЕЙРОНЫ С
ПОМОЩЬЮ РЕЖИМА PeakForce QNM АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ
М.М. Халисов
(Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных
технологий, механики и оптики, Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, СанктПетербург)
Научный руководитель – к.ф.-м.н., доцент А.В. Анкудинов
(Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных
технологий, механики и оптики, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, СанктПетербург )
Нейрон – мельчайшая составляющая нервной системы. По нейронам импульсы следуют
из центра (мозг) на периферию (конечности) и в обратном направлении. Бывают случаи,
когда прохождение сигналов по нейронам нежелательно. Например, хроническая боль не
несет в себе положительной функции, а лишь причиняет страдания больному. В настоящее
время существует множество различных лекарственных препаратов, нацеленных на
уменьшение или снятие боли. Но разработка новых лекарств все еще является актуальной
задачей современной науки, т.к. многие из ныне существующих обезболивающих препаратов
имеют негативные побочные эффекты.
Сенсорные нейроны – вид нервных клеток, ответственных за прием и передачу
сигналов от рецепторов в центральную нервную систему. Воздействие на эти клетки с
помощью различных химических веществ может способствовать купированию боли. Одним
из возможных активных веществ при создании нового типа обезболивающего препарата
может стать уабаин. Уабаин – вещество, снижающее потенциалчувствительность медленных
натриевых каналов, ответственных за кодирование болевых сигналов у теплокровных
животных.
Метод атомно-силовой микроскопии (АСМ) в последние годы хорошо себя
зарекомендовал как инструмент, позволяющий исследовать разнообразные биологические
объекты. Успешно проведены АСМ исследования различных видов клеток: нейронов [1],
фибробластов [2], кардиомиоцитов [3]. Режим АСМ PeakForce QNM позволяет
одновременно с топографией поверхности получать информацию о других свойствах
образца, в частности, о модуле Юнга. Изучение модуля Юнга нейронов может помочь
понять механизмы действия химических веществ на клетку.
Целью работы было сравнить характеристики (морфологию, модуль Юнга) живых
сенсорных нейронов, в контроле и после воздействия уабаина. АСМ эксперименты
проводились в режиме PeakForce QNM на живых сенсорных нейронах 10-12 дневных
куриных эмбрионов. Сканирование клеток осуществляли в питательной среде при 37°С.
Контрольные нейроны культивировали в условиях питательной среды. В экспериментальных
чашках в культуральную среду добавляли уабаин (10-10 М).
Область сканирования сенсорных нейронов варьировалась от 20х20 мкм до 60х60 мкм,
в зависимости от размеров конкретной клетки. Обычно эта область включала часть тела
клетки (сомы) и отрезок нейрита. Максимальная высота отсканированной части нейронов,
как правило, не превышала 5 мкм. Для уменьшения гидродинамических сил, действующих
на движущийся зонд в жидкости, устанавливалась наименьшая возможная частота
построчного сканирования (0.1 Гц), а также минимальная частота вертикального движения
зонда (250 Гц). Разрешение АСМ скана выбиралось на уровне 128x128 точек, а максимальная
сила надавливания – не более 2 нН с целью уменьшения вероятности повреждения клеток.
Сравнительный визуальный анализ по данным оптической и АСМ микроскопий не
выявил существенных различий в устройстве контрольных (n=15) и экспериментальных
(n=15) нейронов. Однако было обнаружено, что после воздействия уабаином нейроны, в
целом, имеют больший средний внутриклеточный модуль Юнга (41±34 кПа) по сравнению с
контрольными клетками (31±23 кПа). Кроме того, распределение модуля Юнга, полученное
методом АСМ по поверхности сенсорных нейронов, очень неравномерно. По всей
видимости, это связано с тем, что свой вклад в измеряемый с помощью АСМ модуль Юнга
вносят разные составляющие части клетки: мембрана, цитоскелет, органеллы цитоплазмы.
Таким образом, полученные предварительные данные, свидетельствуют о том, что
действие уабаина приводит к повышению упругости сенсорных нейронов.
Литература:
1. Spedden E., Staii C. Neuron biomechanics probed by atomic force microscopy // Int. J. Mol.
Sci. – 2013. – V. 14. – P. 16124-16140.
2. Rotsch C., Radmacher M. Drug-induced changes of cytoskeletal structure and mechanics in
fibroblasts: an atomic force microscopy study // Biophys. J. – 2000. – V. 78. – P. 520–535.
3. Domke J., Parak W.J., George M., Gaub H.E., Radmacher M. Mapping the mechanical pulse
of single cardiomyocytes with the atomic force microscope // Eur. Biophys. J. – 1999. – V. 28.
– P. 179–186.