Спиновое улавливание в биологии и медицине

Метод спинового улавливания был представлен в 1970-е годы E.G. Janzen. Основным принципом метода является сохранение неспаренного электрона короткоживущего радикала путем образования более стабильного радикала:

После переноса неспаренный электрон достаточно стабилен, чтобы его можно было измерять в течение нескольких часов. Спиновые ловушки – это эффективные улавливатели радикалов с определенной принадлежностью, позволяющие измерять один вид радикалов среди других.

Исходя из исследований, возможности применения кажутся бесконечными в таких областях, как анализ клеточных структур, живых тканей и даже прямые измерения внутри живого млекопитающего (Kuppusamy et al. (2001) Magn. Reson. Med. 45, 700 – 707).

ЭПР в биологии и медицине

Спиновое улавливание

• Улавливание свободных радикалов с помощью химикатов («ловушка»)
• Формирование стабильного радикала, который можно измерить с помощью ЭПР

Спиновое зондирование

• Размещение стабильного радикала внутри живой системы или химической структуры
• Исследование скоростей диффузии, химической среды

Спиновая маркировка

• Прикрепление стабильного радикала к биомолекуле
• Наблюдение молекулярной структуры и механизмов реакции

Возникновение NO в сердечно-сосудистой системе:
Daiber (2015) Int. J. Mol. Sci. 16, 15918 – 15953

Формирование оксида азота в изолированных сегментах аортального кольца у мышей дикого типа

Структура NO-heme aus, предложенная А. Клещевым

Примеры применений

Пероксидные радикалы в эндотелиальных клетках

Dikalov et al. (2004) Am. J. Physiol. Cell Physiol. 288, C899 – C905

• производство супероксида регулируется специфическими веществами-мессенджерами, называемыми пероксисомами
• анализ на ЭПР показал, что эндотелиальные клетки показали снижение выхода супероксида при лечении
• кроме того, была показана прямая связь с NO-биодоступностью

Механизм образования Fe²⁺– и Cu⁺– содержащей ·ОН

Beresewicz, Urbanski (2000) Acta Biochimica Polonica 47, 951 – 962

• движущая сила генерации ·ОН внутри тела:
  Реакция Фентона: H₂O₂ + Fe²⁺ → ·OH + OH^- + Fe³⁺
• критически зависит от доступности O₂
• добавление восстановителей усиливает генерацию радикалов

Как использовать спиновую ловушку на живой мыши

Pfeiffer et al. 2003, J. Clin. Invest. 112, 527-534

1. Смешать раствор из коммерческих буферов и спиновой ловушки DMPO
2. Ввести несколько миллилитров в область образца
3. Инкубировать в течение 45 минут при температуре 37°
4. Извлечь раствор, заполнить капилляр и нажать кнопку «Start»
5. Полностью автоматизированная подстройка, измерения и вычисления с помощью
6. Чтение и интерпретация полученных результатов

Особенности программного обеспечения

• Улучшенное программное обеспечение для управления и обработки данных
• Простота оценки получаемых ЭПР-спектров
• Возможность создания и сохранения пользовательских скриптов

 
Вид окна программы ESRStudio: измерение NO

ЭПР спектрометр