Вчені ДУ «Інститут загальної та невідкладної хірургії ім. В.Т. Зайцева НАМН України» у Харкові зробили наукове відкриття невідомого раніше явища п’єзосинтетичного ефекту в біологічних тканинах, названого «п’єзобіосинтезом». Науковці нагороджені пам’ятними медалями Академії «Автору наукового відкриття» та орденами Європейської академії природознавства. Отримані дані відкривають широкі можливості для створення нових і вдосконалення існуючих біотехнологій у галузі медицини та біології. Про хід і результати наукової роботи читачам «ВЗ» погодився розповісти один із авторів, директор ДУ «Інститут загальної та невідкладної хірургії ім. В.Т. Зайцева НАМН України», завідувач кафедри хірургії №1 Харківського національного медичного університету, доктор медичних наук, професор Валерій БОЙКО.
Пріоритет встановлено
Лікарям добре відоме відкриття доктора медичних наук Г.А. Ілізарова про властивість біологічних тканин відповідати на дозоване стискування чи розтягування ростом або регенерацією. Воно дозволило створити цілу ланку дистракційних апаратів, за допомогою яких можна нарощувати довгі трубчаті кістки при переломах. Другою гранню цього медичного напрямку став метод дермотензії: коли розтягування або стискування шкіри призводить до її росту. Вирощені таким чином клаптики шкіри людини в подальшому можливо використовувати для різноманітних пластичних матеріалів.
Саме ця властивість живої матерії зацікавила харківських дослідників, які поставили за мету з’ясувати механізми такої роботи біологічної тканини. У кращому випадку — встановити закономірність явища, тобто вирахувати, яким має бути стискування або розтягування, щоб тканина виросла певного розміру.
— На друге запитання ми, на жаль, поки що не можемо відповісти, але механізм відповіді живої тканини на подразнення тиском нам вдалося логічно довести й експериментально підтвердити, — розповідає професор Валерій Бойко. — Результати 30-річного дослідження ми сформулювали у заявці на відкриття та винаходи і, згідно з існуючим порядком, відправили на рецензування до Міжнародного комітету авторів відкриттів та винаходів при Російській академії природознавчих наук, де й було офіційно зареєстровано відкриття. Одразу хочу відверто зауважити: абсолютним відкриттям це назвати не можна! Хоча воно дає право (і до цього ми прагнемо) встановлення пріоритету. Тобто, минуть роки, і ми зможемо послатися, що відкриття було зроблено в Україні вченими з міста Харкова.
Факт, який неможливо заперечити
— У 90-ті роки минулого століття ми почали дослідження, спираючись на відому тоді «Інваріанту Гука», що позиціонувала закон Гука (чим дужче стискувати пружину, тим сильніше вона розтягнеться) на живу природу, — продовжує розповідь Валерій Бойко. — Тоді у нас виникли передумови сьогоднішнього відкриття, які ми узагальнили й опублікували. На жаль, багатьох, хто вклав у ту роботу свої сили, вже немає в житті, але розпочата ними справа принесла результати сьогодні.
Ми шукали докази механізму синтезу енергії в організмі вищих за рослини істот. Виходили з існування явища фотосинтезу, без якого неможливе життя на планеті Земля. Відомо, що рослини та деякі організми використовують енергію видимого спектра світла, перетворюючи її на енергію хімічних сполучень, яку надалі буде використано клітиною для виконання певної діяльності, наприклад, синтезу глюкози та інших вуглеводів. Травоїдні тварини, поїдаючи рослини, також використовують цю енергію. Вважається, що в клітинах тварин фотосинтезу не існує.
Тоді вперше припустили, що явище п’єзосинтетичного ефекту в біологічних тканинах виникає не так, як, наприклад, у металі, де синтез відбувається в ультрафіолетовому невидимому спектрі світла — провідниками струму є електрони. У клітині біологічної тканини п’єзоефект обумовлений рухом іонів — калія, магнія, кальція та ін., у невидимому спектрі світла. П’єзопотенціал уловлюється завдяки п’єзоелектрикам, таким як ліпіди. Ми створювали певне поле у мембрані клітини, яке призводило до електролізу води, в результаті чого виникло припущення: на основі даного ефекту відбувається синтез речовин, які містять фосфор.
У ході біофізичних досліджень брали серце препарованої жаби, з’єднували його електродами з високоточним гальванометром, котрий фіксував виникнення найменшого струму. Коли почали механічним способом стискувати або розжимати серце — стрілка приладу коливалася, вказуючи на наявність п’єзоефекту. Момент виникнення явища фіксувався на різних м’язах — серця та стегна. Зрозуміло, що величина струму дуже мала, але факт було встановлено. Трактувати його можна по-різному, та заперечити неможливо.
У «прикордонній зоні»
— Своєму відкриттю ми відводимо дуже маленьку ланку в системі перетворення енергії, яку порівняно з електростанціями можна назвати дров’яною пічкою. Якщо у рослин має місце фотосинтез, то новий вид синтезу енергії тваринними клітинами ми зареєстрували в науці під назвою «п’єзобіосинтез». Він є «прикордонною зоною» народження енергії, випромінювання якої відбувається на рівні фіолетового кольору у невидимому спектрі світла. Існує й друга прикордонна зона видимого світла — інфрачервоне випромінювання, яку «займає» інша різновидність п’єзоелектриків, що вивільняють енергію термодинамічним способом. А речовини, які реагують виникненням електричного струму на підвищення температури, називаються піроелектриками. Вони для вивчення живої матерії ще цікавіші, — заявляє Валерій Бойко.
Відкриття харківських вчених зареєстроване в галузі біофізики, хоча воно межує з біологією та медициною, а також новими науковими напрямками — мембранологією та мембранною біоенергетикою.
У дослідницькій групі працювали фахівці різних наук, кожен із яких зробив свій внесок у відкриття. Медики Валерій Бойко та Петро Замятін — практикуючі лікарі-хірурги. Валерія Бойко найбільше цікавило вивчення впливу п’єзобіосинтезу на регенерацію тканин. Петро Замятін, доктор медичних наук, професор, завідувач відділення травматичного шоку і політравми ДУ «Інститут загальної та невідкладної хірургії ім. В.Т. Зайцева НАМН України», професор кафедри хірургії №1 ХНМУ, крім основної клінічної роботи, займався виявленням закономірності дії клітини під час механічного стискування та розтягування. Фізик, доктор технічних наук, професор НТУ «ХПІ» Павло Щапов проводив серію досліджень, пов’язаних із гальванометрами. Біофізик, кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник, завідувач лабораторії електронної мікроскопії ДУ «Інститут загальної та невідкладної хірургії ім. В.Т. Зайцева НАМН України» В’ячеслав Невзоров відповідав за вивчення клітин на розтині. Саме за цим напрямком і надалі працюватиме група. Біолог, доктор біологічних наук, завідувач наукової імуно-ферментної лабораторії ДУ «Інститут загальної та невідкладної хірургії
ім. В.Т. Зайцева НАМН України», професор ХНУ ім. В.Н. Каразіна Олена Клімова та біохімік, завідувач кафедри біохімії ХНМУ, доктор біологічних наук, професор Віктор Жуков досліджували хімічні зміни у біологічних тканинах, зокрема, вплив деформації на онкотканини. Але такий поділ умовний, бо група працювала спільно, у режимі взаємодоповнення та взаємозаміни. Досягли досить цікавих результатів, але поки що не наважуються озвучити всі — потрібна ретельна перевірка виявлених фактів.
Зокрема, сьогодні науковці вивчають зроблені в попередні роки електронні фотографії клітин у натуральну величину в значному масштабі. Згідно з законами ідеальної фізики вони мають бути шароподібними, оскільки така форма найоптимальніша для збереження енергії. Та в природі всі клітини деформовані. На думку авторів відкриття п’єзобіосинтезу, причиною деформації є механічні напруження — стискування та розтягування. Вчені намагаються зрозуміти, що є причиною силових впливів на клітину, сформулювати характеристику силових взаємодій, щоб передбачити реакцію на них тканин тварин та людини.
— Ми серед світових гігантів думки почуваємося першокласниками. З одного боку, встановили факт, а з іншого — не знайшли поки що наукову нішу цьому факту. Не виключено, що у майбутньому вчені від нього відмовляться. Та скинути його з рахунку неможливо, слід або підтвердити, або перекреслити. І той, і інший шлях є результатом у науці, — підсумував своє пояснення суті відкриття Валерій Бойко.
Від теорії до практики
Яке застосування у практичній медицині та біології може набути відкриття п’єзобіосинтезу, вчені вже знають. Воно здатне в майбутньому, за умови, що будуть знайдені та визнані закономірності перетворення енергії, змінити уявлення про синтез речовин у живих клітинах, в т.ч., пов’язаний із такими явищами, як регенерація та ріст тканини. Адже пухлинний ріст — це теж варіант біологічного росту клітин. Слід знайти відповідь на запитання: яке значення має п’єзобіосинтез у пухлинному рості? Це один з напрямків, який дуже цікавить медиків. Великий інтерес полягає і в галузі регенерації тканин. Зокрема, хірургів завжди хвилювали терміни загоєння швів, ран, але й понині поведінка біологічних тканин непередбачувана — існує багато факторів, які впливають на їх регенерацію. Тому робота триває.
— Можливо, ми доведемо, що біологічні системи найдосконаліші у перетворенні енергії. У супротив неживій природі, де все прагне до хаосу, жива тканина прагне до синтезу. Якщо розвинути цю ідею до високого рівня, то замість теорії механіки руйнування ми повинні створити теорію синтезу в глобальному розумінні. Але це поки що не так просто, — завершив бесіду Валерій Бойко.
Ольга ФАЛЬКО, власкор «ВЗ», м. Харків
