В XXI веке поиск способов лечения неинфекционных заболеваний, таких, как ожирение, метаболический синдром и сахарный диабет 2 типа (СД2) являются одной из наиболее приоритетных и социально значимых проблем. Профилактика и лечение этих заболеваний включают изменение и контроль образа жизни, рациона питания и использование фармацевтических препаратов.

Несмотря на прогресс в медицинской науке, фармакологии (разработка новых веществ для коррекции обмена веществ) и биотехнологиях (улучшение процесса выработки инсулина), решение проблемы ожирения, метаболического синдрома и СД2 требует новых эффективных подходов.

Исследователи отмечают, что жировая ткань является одним из ключевых игроков в развитии ожирения и СД2 типа. Жировую ткань классифицируют как по анатомическому расположению, так и по функциям (белый и коричневый жир). Так, основные функции белой жировой ткани заключаются в сохранении энергии в виде липидов, а также ей присуща эндокринная функция — секреция гормонов, факторов роста, цитокинов, хемокинов и др.

s1200.jpg

Функцией коричневой жировой ткани является выделение тепла при адаптивном термогенезе (процесс выработки тепла в ответ на холодовую стимуляцию). У людей, в отличие от грызунов (лабораторные животные, наиболее широко используемые в медицинских экспериментах, включая моделирование ожирения, метаболического синдрома и СД2), коричневая жировая ткань присутствует в значительном количестве только у новорожденных и младенцев. Недавно было показано существование активной термогенной жировой ткани у взрослых людей, но эта жировая ткань отличается от классической коричневой жировой ткани по ряду аспектов (развитие, морфология, экспрессия генов, выработка адипокинов и т. д.). Эту жировую ткань называют «бежевой» или «коричневой».

Все типы адипоцитов (клетки, из которых в основном состоит жировая ткань) возникают из жировых стволовых клеток в процессе дифференцировки. В настоящее время остается спорным вопрос о происхождении бежевых адипоцитов (из той же стволовой клетки, что и белые адипоциты, или из той же стволовой клетки, что и коричневые адипоциты, или из собственной стволовой клетки), а также о способности белой жировой ткани трансдифференцироваться в коричневую / бежевую жировую ткань.

Способность контролировать образование новой жировой ткани, превращать белую жировую ткань в коричневую/ бежевую жировую ткань или определять направление дифференцировки стволовых клеток жировой ткани в специфический подтип адипоцитов является привлекательной целью для разработки новых фармакологических веществ для терапии ожирения, метаболического синдрома и СД2 типа.

В дополнение к поиску новых фармакологических веществ, предназначенных для контроля функций жировой ткани и / или различных других биохимических аспектов энергетического гомеостаза, важно также изучить роль воды в здоровье человека, обмене веществ и патогенезе различных заболеваний. Вода является наиболее распространенным химическим веществом на Земле и составляет наибольшую массовую долю в живых организмах в процентном соотношении. Вода также является универсальным растворителем, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов.

Важным компонентом здорового питания является потребление питьевой воды вместо сахаросодержащих и газированных напитков. Итак, модуляция биологических и физико-химических свойств воды также является многообещающей возможностью для повышения эффективности лечения ожирения, метаболического синдрома и СД2.

Дейтерированная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо двух атомов легкого изотопа водорода (протия) она содержит два атома тяжелого изотопа водорода (дейтерия). Дейтерированная вода проявляет лишь незначительную цитотоксичность (способность химических веществ повреждать клетки тканей). В общем, химические реакции в дейтерированной воде протекают медленнее, чем в обычной воде. Дейтерий можно рассматривать как регулятор биологических свойств нормальных и / или раковых клеток.

Litvinova-LS.jpg

Лариса Литвинова, доктор медицинских наук, профессор, заведующая Базовой лабораторией иммунологии и клеточных биотехнологий:

«Одним из направлений медицины является разработка дейтерийсодержащих препаратов. Другое направление относится к роли отношения D / H изотопологии и его изменения в воде, которая будет использоваться в качестве адъюванта при лечении рака. Различное отношение D / H проявляется в виде кинетического изотопного эффекта, который характеризуется изменением скоростей биотрансформации и экскреции лекарств. Более того, методические подходы к контролю качества лекарственных средств, основанные на изотопологии воды, могли бы снизить токсическую нагрузку на организм».

В исследовании ученые БФУ им. И. Канта Лариса Литвинова и Мария Вульф совместно с коллегами из Москвы и Киева (Украина) рассмотрели вопрос о том, участвует ли дейтерий в регуляции дифференцировки стволовых клеток жировой ткани, развитии различных типов адипоцитов и продукции этими клетками различных биологических веществ. Адипогенная дифференцировка мезенхимальных стволовых клеток была выбрана в качестве модели in vitro (технология выполнения экспериментов, когда опыты проводятся вне живого организма), где была оценена эффективность процесса образования зрелых жировых клеток из клеток-предшественников в средах с различным содержанием дейтерия (естественным (контроль), низким и высоким).

Обнаружено, что высокая концентрация дейтерия значительно угнетает адипогенную in vitro дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток человека по сравнению с группами с контрольным (естественным) и низким его содержанием. Важно отметить, что в культурах с естественным (контроль) и высоким содержанием дейтерия регистрировалось развитие белых адипоцитов, тогда как как обедненная дейтерием среда дифференцировки приводила к формированию коричневых (бежевых) адипоцитов. Интересно, что в культуральной среде с низким содержанием дейтерия, клетки имели нормальную выживаемость и высокую метаболическую активность.

В исследовании впервые были получены данные о влиянии различных концентраций дейтерия на эффективность и направление (образование коричневых / бежевых или белых адипоцитов) дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток в модельной системе in vitro. Безусловно, для возможного практического применения этих результатов необходимы дополнительные исследования, которые позволили бы более детально описать молекулярные механизмы влияния различных концентраций дейтерия на клеточном
уровне, а также провести исследования на уровне организма.

Результаты исследования опубликованы в статье «Влияние дейтерия на эффективность и тип адипогенной дифференцировки стволовых клеток жировой ткани человека in vitro» в авторитетном научном журнале Scientific Reports.

Полученные результаты могут стать основой для разработки новых подходов в лечении ожирения, метаболического синдрома и диабета, посредством регуляции дифференцировки жировых стволовых клеток и функций адипоцит