Сверхчеловек, который работает на редком изотопе магния

Владимир Тесленко

Значительно увеличить способность человеческого организма функционировать при недостатке кислорода, повысить выносливость сердца и силу мышц, активизировать резервные возможности мозга, даже улучшить качество сперматозоидов — все это делает возможным недавнее открытие изотопного эффекта магния в реакциях синтеза аденозинтрифосфата (АТФ).

Собственно магнитный изотопный эффект (МИЭ) открыт академиком Анатолием Бучаченко с соавторами давно, в 1984-1986 годах. МИЭ — это феномен дискриминации химических реакций по спиновому состоянию исходных реагентов: скорость реакции с участием изотопов с некомпенсированным ядерным спином (235U, 33S, 13C, 199Hg, 201Hg, 29Si и др.) может увеличиваться многократно.

Но МИЭ обнаруживается и в биологических системах. Впервые это явление описано академиком Бучаченко и доктором биологических наук, профессором Дмитрием Кузнецовым в 2004-2005 годах — на примере магний-зависимых ферментов фосфорилирования, относящихся к семейству киназ. Синтез АТФ — это спин-селективный процесс, в котором ион Mg2+ служит реагентом — акцептором электрона. Как выяснилось, активность фосфорилирующих ферментов (АТФ-синтетазы, фосфокреатина и фосфоглицераткиназы), в которых ион Mg2+ представлен изотопом 25Mg, превышает активность ферментов с изотопом 24Mg (его в природном магнии 78%) в 2-3 раза (см. рис. 1).

МИЭ имеет в своей основе квантово-механический процесс образования ион-радикальных пар. Их синглет-триплетная конверсия происходит благодаря сверхтонкому взаимодействию фосфат-несущего аниона с магнитным ядром 25Mg. Такая конверсия спина, в свою очередь, означает необратимое включение триплетного канала фосфорилирования, значительно более эффективного, чем немагнитный синглетный канал.

С помощью МИЭ можно управлять синтезом АТФ и белка в тканях высших животных и человека. Таким образом можно значительно увеличить сопротивляемость организма и к кислородному голоданию (гипоксическому стрессу), и к повышенным физиологическим нагрузкам.

Помощь сердцу

Миокардиоциты, образующие сердечную мышцу, — один из самых чувствительных к дефициту кислорода типов клеток в человеческом организме. Гипоксия может привести к повреждению миокарда и нарушению его сократительной функции. В основе всех этих патологий лежит снижение синтеза АТФ — при дефиците кислорода внутримитохондриальные реакции окислительного фосфорилирования просто не могут протекать нормально. Профилактика и лечение митохондриальной дисфункции и гипоксических миокардиопатий, таким образом, состоят в том, чтобы как можно быстрей восстановить уровень АТФ в миокардиоцитах.

Для сердечных мышц изобретены порфирин-фуллереновые наночастицы — РМС-16 размером 2 нм (рис. 2), которые служат наноконтейнером для 25Mg. Наноконтейнеры с полезным изотопом легко проникают сквозь оболочку клеток и совместимы с рецепторами, расположенными на митохондриях. Важно, что наноконтейнеры не вызывают аллергических и воспалительных процессов.

Дополнительно важно, что наноконтейнеры РМС-16 долго удерживаются внутри клеток сердечной мышцы — через 12 суток после инъекции в миокарде продолжает удерживаться примерно 20% препарата. И совсем хорошо, что в наибольшей степени наноконтейнеры концентрируются как раз внутри мембран митохондрий. Это связано с тем, что в митохондриальных мембранах есть белковые рецепторы, обладающие высокой аффинностью к РМС-16; иными словами, наноконтейнеры как бы прилипают именно к митохондриям, то есть там, где и нужно.

Итак, препарат самопроизвольно накапливается в миокардиоцитах и ждет своего часа. Установлено, что наноконтейнеры РМС-16 высвобождают 25Mg только в ответ на метаболический ацидоз (избыточную кислотность), который развивается при недостатке кислорода. То есть изотоп расходуется по-умному и только тогда, когда в нем есть насущная необходимость. Все это позволяет назвать препарат "умной медицинской наночастицей".

Структуру и технологию синтеза препарата российские ученые защитили шестью международными патентами. РМС-16 исследуют не только в России, но и в Италии, Иране, Швейцарии и других странах.

Доклинические испытания выполнены по российским стандартам на 80%. Их планируется завершить в 2012 году.

В странах с либеральными медицинскими законами клинические испытания уже идут. Например, в Иране РМС-16 исследуется как дополнительный препарат для резкого снижения вероятности тяжелых нарушений ритма сердца.

Помочь мозгу

По данным российских исследователей, 25Mg, будучи доставлен в митохондрии клеток мозга, помогает и при острых ишемических инсультах, и при хронической ишемической болезни мозга. Есть надежда и на то, что он будет эффективен при профилактике таких распространенных в развитых странах патологий, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также при лечении токсикомании и некоторых депрессивных состояний — сейчас ведутся доклинические исследования.

Но лекарства для лечения нейрологических заболеваний сложны в разработке, потому что, помимо фармакологического действия, они должны еще быть способны преодолеть гематоэнцефалический барьер и обладать селективностью к клеткам-мишеням в центральной нервной системе. Сейчас, правда, уже изобретены наноконтейнеры, способные доставлять лекарство сначала в церебральные микрососуды, затем в интерстициальную жидкость и далее к клеткам мозга. Некоторые нанопрепараты даже представлены на фармацевтическом рыке (например, на основе плюроников — блок-сополимеров полиоксиэтилена и полиоксипропилена, это технология компании BASF) или проходят клинические испытания.

Разработка наноконтейнера для 25Mg пока не закончена. В митохондриях нейронов в большом количестве содержатся порфириновые рецепторы, поэтому ставка сделана на порфириновые аддукты фуллерена.

Помочь сперматозоидам

Большие перспективы у 25Mg — и в половой сфере. Твердых данных пока нет, публикации скудны, исследования ведутся, например, в Отделе молекулярной гематологии ФНКЦ детской гематологии, онкологии и иммунологии, а также на кафедре эмбриологии биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Университетские ученые, в частности, ввели 25Mg в инкубационную среду с оттаявшими сперматозоидами быка. Без вмешательства двигательная активность и численность движущихся сперматозоидов убывает по экспоненте, полностью угасая за 3 часа; время полужизни сперматозоидов составляет 24,3 минуты. Добавление 25Mg приводило к более длительному их угасанию; время полужизни увеличивалось до 26,7 минут. Можно предположить, что 25Mg может активизировать деятельность сперматозоидов не только быков, но и у других теплокровных млекопитающих, вплоть до высших приматов.

Помочь людям

Практический результат от использования 25Mg, если все испытания закончатся успешно, может быть блестящим: появится новый фармакологический подход к коррекции метаболизма. Это в первую очередь позволит успешней бороться с самыми тяжелыми заболеваниями, а во вторую — значительно, безопасно и временно увеличивать физическую выносливость человека. Последнее важно не только для спортивных достижений, практического смысла в которых немного, но и для экстремальных ситуаций, медицины катастроф и военной медицины.

Магнитно-изотопные эффекты открыты и для других биологически активных изотопов — 43Ca2+, 69Zn2+, 199Hg2+, 201Hg2+ и других, которые участвуют в ключевых метаболических процессах. Но до их практического использования еще очень далеко.