Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН научились управлять делением стволовых клеток и регенерацией плоского червя – планарии с помощью комбинированного переменного магнитного поля. Разработка перспективна для медицины: ускорения заживления ран и ингибирования роста опухолей. Результаты работы опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications.
Механизм воздействия слабых электромагнитных волн на биологические объекты до сих пор остается недостаточно изученым. В постоянном электрическом поле атомы (имеющие ядерный спин) и некоторые ионы в активных центрах ферментов могут прецессировать (изменять ось вращения) под воздействием постоянного поля Земли. Воздействие на прецессию слабым переменным магнитным полем может запустить каскад реакций, приводящий к различным биологическим эффектам.
Катушки Гельмгольца часто используются для генерации однородных, но изменяющихся во времени высокочастотных магнитных полей. Они востребованы в научных экспериментах, поскольку позволяют варьировать условия переменного поля и подстраиваться под разные типы биологических объектов.
Коллектив ученых ИТЭБ РАН в своей работе показал, как слабые электромагнитные поля катушек, настроенные по теории магнитного параметрического резонанса Валерия Васильевича Леднева, воздействуют на регенерацию планарий (Schmidtea mediterranea), т.е. на рост бластемы, пролиферацию стволовых клеток у них, и связанную с этими процессами экспрессию генов.
Исследование прокомментировал кандидат биологических наук, заведующий Лабораторией исследований генома ИТЭБ РАН Артём Ермаков: «Теория Леднева является классикой нашего Института. Смысл теории заключается в том, что биологический эффект достигается за счет определенного соотношения амплитуды и частоты поля. Пик максимального эффекта еще и зависит от значения величины магнитного поля земли. Это так называемые три составляющие параметрического резонанса - амплитуда и частота переменного поля, и амплитуда постоянного поля Земли, без которого невозможно развитие биоэффектов. С помощью теоретических расчетов по теории В.В. Леднева можно предсказать значение максимального биологического эффекта при определенных параметрах переменного магнитного поля. Например для иона кальция – воздействие на него ускоряет пролиферацию, или иона калия, воздействие на которого приводит к обратному эффекту - ингибированию деления клеток.
В нашем исследовании планарий облучали в переменном поле в течение 3 суток, и далее оценивали параметры их регенерации, при этом контрольная группа находилась в условиях обычного земного поля.
Эта задача имеет большое прикладное значение для развития новых методов магнитной терапии. В исследовании, с помощью магнитного поля, мы показали, что можно как ускорять регенерацию тканей, так и замедлять. Соответственно эту особенность можно использовать как неинвазивный метод для ускорения заживления ран, сращивания поврежденных костей, а в случае ингибирующего влияния можно пробовать воздействовать на раковые клетки, чтобы подавить их пролиферацию».
Представленные в работе параметры резонанса ионов универсальны для любого организма. Однако настройки для иона кальция в разных живых системах могут дать разный ответ (клетки, ткани, целый организм). Например, у планарий будет активация пролиферации, а у насекомых начнется нарушение метаморфоза.
В дальнейших планах группы исследователей - миниатюризация катушек для мобильности. Для получения положительного терапевтического эффекта достаточно будет приклеить такую катушку на определенный участок кожи. При этом не нужно будет подстраиваться под график медучреждения для прохождения процедур.
Источник: Artem Ermakov, Vera Afanasyeva, Olga Ermakova, Artem Blagodatski, Anton Popov. Effect of weak alternating magnetic fields on planarian regeneration. Biochemical and Biophysical Research Communications. Volume 592, 2022, Pages 7-12.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0006291X21017472?via%3Dihub
Материал подготовила: Алсу Дюкина
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru
Механизм воздействия слабых электромагнитных волн на биологические объекты до сих пор остается недостаточно изученым. В постоянном электрическом поле атомы (имеющие ядерный спин) и некоторые ионы в активных центрах ферментов могут прецессировать (изменять ось вращения) под воздействием постоянного поля Земли. Воздействие на прецессию слабым переменным магнитным полем может запустить каскад реакций, приводящий к различным биологическим эффектам.
Катушки Гельмгольца часто используются для генерации однородных, но изменяющихся во времени высокочастотных магнитных полей. Они востребованы в научных экспериментах, поскольку позволяют варьировать условия переменного поля и подстраиваться под разные типы биологических объектов.
Коллектив ученых ИТЭБ РАН в своей работе показал, как слабые электромагнитные поля катушек, настроенные по теории магнитного параметрического резонанса Валерия Васильевича Леднева, воздействуют на регенерацию планарий (Schmidtea mediterranea), т.е. на рост бластемы, пролиферацию стволовых клеток у них, и связанную с этими процессами экспрессию генов.
Исследование прокомментировал кандидат биологических наук, заведующий Лабораторией исследований генома ИТЭБ РАН Артём Ермаков: «Теория Леднева является классикой нашего Института. Смысл теории заключается в том, что биологический эффект достигается за счет определенного соотношения амплитуды и частоты поля. Пик максимального эффекта еще и зависит от значения величины магнитного поля земли. Это так называемые три составляющие параметрического резонанса - амплитуда и частота переменного поля, и амплитуда постоянного поля Земли, без которого невозможно развитие биоэффектов. С помощью теоретических расчетов по теории В.В. Леднева можно предсказать значение максимального биологического эффекта при определенных параметрах переменного магнитного поля. Например для иона кальция – воздействие на него ускоряет пролиферацию, или иона калия, воздействие на которого приводит к обратному эффекту - ингибированию деления клеток.
В нашем исследовании планарий облучали в переменном поле в течение 3 суток, и далее оценивали параметры их регенерации, при этом контрольная группа находилась в условиях обычного земного поля.
Эта задача имеет большое прикладное значение для развития новых методов магнитной терапии. В исследовании, с помощью магнитного поля, мы показали, что можно как ускорять регенерацию тканей, так и замедлять. Соответственно эту особенность можно использовать как неинвазивный метод для ускорения заживления ран, сращивания поврежденных костей, а в случае ингибирующего влияния можно пробовать воздействовать на раковые клетки, чтобы подавить их пролиферацию».
Представленные в работе параметры резонанса ионов универсальны для любого организма. Однако настройки для иона кальция в разных живых системах могут дать разный ответ (клетки, ткани, целый организм). Например, у планарий будет активация пролиферации, а у насекомых начнется нарушение метаморфоза.
В дальнейших планах группы исследователей - миниатюризация катушек для мобильности. Для получения положительного терапевтического эффекта достаточно будет приклеить такую катушку на определенный участок кожи. При этом не нужно будет подстраиваться под график медучреждения для прохождения процедур.
Источник: Artem Ermakov, Vera Afanasyeva, Olga Ermakova, Artem Blagodatski, Anton Popov. Effect of weak alternating magnetic fields on planarian regeneration. Biochemical and Biophysical Research Communications. Volume 592, 2022, Pages 7-12.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0006291X21017472?via%3Dihub
Материал подготовила: Алсу Дюкина
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru
Галерея
Артем Ермаков у катушек Гельмгольца с образцами планарий.
