На базе МНЛАТ «Аналитикс» и кафедры физики наносистем и спектроскопии Физического факультета Южного федерального университета реализуется проект «Атомная и электронная структура ионов цинка в липидных слоях, как модели проницаемости биологических мембран: рентгеноспектральная нанодиагностика и компьютерное моделирование».

Особый интерес ученых к исследованию упорядоченных липидных слоев связан с тем, что по своему составу и морфологии эти системы представляют собой адекватную модель биологических мембран. Биологические мембраны — молекулярные «оболочки», которые отделяют содержимое клеток от внешней среды. Они выполняют не только барьерную функцию, но и транспортную, для взаимодействия клетки с внешней средой, а также являются средой протекания множества биохимических процессов.

«Взаимодействие металлов с клеточной мембраной имеет важное значение для многих процессов, протекающих в организме человека. Ионы во внутриклеточной/внеклеточной жидкости могут проникать через клеточную мембрану и регулировать важные функции клетки. Например, ионы натрия и калия могут регулировать сокращение мышц и определять передачу нервных импульсов в мозге, а также от мозга к другим частям тела», – рассказала Мария Кременная.

Исследования процессов проницаемости модельных клеточных мембран на молекулярном уровне могут быть эффективно использованы для решения широкого круга задач, связанных с биомедицинской диагностикой и биофизическими исследованиями.

Так, долгое время считалось, что наиболее значимые биохимические функции в организме выполняют натрий, калий, магний и кальций, которые составляют 99% всех атомов металлов в теле человека. Однако в последнее время все большее внимание исследователей привлекают, так называемые, микроэлементы (железо, молибден, кобальт, медь и цинк), которые содержатся в организме в следовых количествах, однако играют важнейшую роль в биологических системах.

«Цинк и железо является одним из самых важных микроэлементов в организме. Они участвуют практически во всех процессах организма, таких как рост и деление клеток, синтез нуклеиновых кислот, обеспечивают нормальную работу белков и ферментов, участвуют в детоксикации и регенерации. Поэтому изучение механизмов транспорта этих микроэлементов через клеточные мембраны имеет как фундаментальное, так и прикладное значение. Например, при разработке стратегии селективной доставки в клетку различных веществ, в частности лекарств. Современные рентгеноспектральные методики с использованием синхротронного излучения позволяют проводить эксперименты, моделирующие такие процессы», – добавила Мария Кременная.

Реализация проекта будет вестись, в том числе, с помощью экспериментальной рентгеноспектральной методики исследования монослоев с использованием синхротронного излучения, в разработке которой в настоящее время совместно с НИЦ «Курчатовский институт» и ФИЦ Биотехнологии РАН принимают участие от ЮФУ Мария Кременная и ее научный руководитель, профессор Галина Яловега.

В состав коллектива также входят молодые исследователи всех уровней - аспиранты, студенты магистратуры и бакалавриата.