WEB-ресурс научно-практических конференций

К.ф.-м.н. Микитюк О.Ю.

Буковинський державний медичний університет

МІКРОКАЛОРИМЕТРИЧНІ МЕТОДИ В МЕДИЦИНІ

Універсальність калориметричних методів дослідження в медицині і біології зумовлена тим, що практично всі біологічні процеси супроводжуються тепловими: виділенням чи поглинанням тепла. Вимірювання малих теплових ефектів в невеликих об’ємах речовини на молекулярному і клітинному рівнях, які проводять за допомогою мікрокалориметрів, забезпечують високу точність і швидкодію.

Найважливіші напрямки мікрокалориметрії як методу досліджень в медицині та біології наступні: визначення термодинамічних параметрів, констант рівноваги, активності ферментів, енергетичних параметрів структури біополімерів (білків, нуклеїнових кислот і ін.) та їх молекулярної маси, теплоємності, процесів транспорту речовин через клітинні мембрани [1].

Рівень тепловиділення мікроорганізмів (10 ^-14 –10 ^-10 Вт в розрахунку на одну клітину) дозволяє широко застосовувати мікрокалориметрію в мікробіології. Отримані термограми (залежності потужності теплового процесу від часу) відображають особливості, властиві кожному виду мікроорганізмів, що дозволяє ідентифікувати і класифікувати мікроорганізми за профілем термограм. Температура, склад живильного середовища, вплив антибіотиків і токсичних речовин змінюють профіль термограм мікроорганізмів.

Порівняння мікрокалориметричних даних про кінетику біохімічних реакцій з теоретичними розрахунками теплот реакцій дає можливість визначити тип обміну речовин (анаболізм чи катаболізм), константи швидкостей і порядок реакцій, а також встановити фактори, що пригнічують метаболізм. Напр., вивчені ефекти мутацій нуклеотидів і їх вплив на промоторну активність і для ідентифікації нуклеотидів, що є важливим для функціонування промоторів у Е-coli [2]. Визначались термодинамічні параметри біохімічних зв’язків у мікробів Leishmania major. Досліджувалась стабільність і анфолдинг гістоноподібних ДНК зв’язуючих протеїнів у бактерій.

В теоретичній і клінічній медицині можливості мікрокалориметрії використовуються для дослідження клітин крові і тканин, встановлення ефективності лікарських препаратів, вияснення ролі певних генів і визначення точних параметрів їх фізіологічного і метаболічного стану, пояснення дії антитіл.

Методи вивчення мікроорганізмів дозволяють розв’язати цілий ряд медичних проблем. На протязі декількох годин можна встановити різницю в рівні концентрації бактерій 10 ⁴ -10 ⁵ клітин/мл. Простіше ніж хімічними методами встановлюють бактеріальну інфекцію і ідентифікують патогенні організми бактерій і мікоплазм. Встановлюється ефективність антибіотиків в залежності від дози і виду мікроорганізмів.

Мікрокалориметричні дослідження коагуляції плазми крові дають можливість спостерігати декілька стадій процесу і визначити час згортання з точністю до 3 с. Мікрокалориметрія є діагностичним методом в клінічній гематології: дослідження зернистих лейкоцитів, вивчення процесів впливу малих доз радіації на кров і клітини кісткового мозку [3].

Встановлено слабкий характер взаємодії між інсуліном і ліпосомою [4], здійснено розпізнавання кофеїну в водних розчинах і молекул, структурно зв’язаних з кофеїном, досліджено дію кофеїну на пухлини, викликані вуглеводнями поліциклічної ароматичної сполуки, проведено ідентифікацію антигенної детермінанти, дослідження ролі певних генів в асиміляції дієтичних жирних кислот, встановлено механізм розпізнавання білків і пептидів антитілами і кількісні показники цих процесів [5], досліджено вплив ступеня іонізації слабкого катіонного поліелектроліту на здатність утворювати комплекси з ДНК, дано термодинамічне пояснення дії антитіл, досліджено механізм деструкції антигенів, проведено дослідження рівня мутацій хромосом і процесів старіння, мутацій ДНК, встановлено точні параметри фізіологічного і метаболічного стану генів довговічності [6]. Чутливим і специфічним виявився метод мікро-калориметрії при вивченні характеристик комплексаційної поведінки паклітакселу з серіями різних біомолекул для покращення водної розчинності. З метою створення нових форм ліків досліджувався ріст кристалів норетіндрону ацетату, причому мікрокалориметричний метод виявився більш швидким порівняно з мікроскопічним аналізом.

Даний короткий огляд біологічного та медичного застосування мікрокалориметрії дозволяє прогнозувати подальший розвиток мікрокалориметричних досліджень в медичній науці [7].

Література:

1. Tiziani S, Sussich F, Cesaro A.The kinetics of periodate oxidation of carbohydrates 2. Polymeric substrates.//Carbohydr Res. - 2003, May 1.–338(10).– p.1083-1095.

2. Liu Peng, Ruan Lifang, Xiao Hongyu, Li Xi, Zhang Chaocan. Study on the toxic effect of lead(II) ion on Escherichia coli. // Biological Trace Element Research. - 2007, February, Vol.115, Number 2, p. 193-197.

3. Fedorov V.I. Metabolic activity of blood and bone marrow cells after exposure to low dose ionizing radiation.// Fiziol. Zh. –2002.– 48(5).- p.74-78.

4. Zhang X, Qi XR, Zhang Q. Interaction between insulin with liposome.//Yao Xue Xue Bao. 2002 May; 37(5):р.370-373.

5. Rungsardthong U, Ehtezazi T, Bailey L, Armes SP, Garnett MC, Stolnik S. Effect of polymer ionization on the interaction with DNA in nonviral gene delivery systems.//Biomacromolecules. 2003 May-Jun;4(3):683-90.

6. Lezhava T. Chromosome and aging: genetic conception of aging.//Biogerontology. 2001;2(4): р. 253-260.

7. G.V. Kotelnicov, S.P. Moiseyeva, E.V. Mezhburd. Modulated capillary titration calorimeter. Theoretical and experimental studies .// Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2008,May,Vol.92, N.2, p.531-534.