САМОСБОРКА МЕЛАНИНА НА ПОВРЕЖДЕННЫХ УЧАСТКАХ БИОМЕМБРАН ТКАНЕЙ

Тяжелые неизлечимые заболевания, такие как болезнь Паркинсона , болезнь Альцгеймера, меланома, старение, как и причину внезапной сердечной смерти связывают с аномальным окислительным метаболизмом катехолов, катехоламинов. В норме катехолы либо выводятся из организма в форме водорастворимых метаболитов, либо надолго там остаются в форме метал-поликатехолатных агрегатов, образующих совместно с другими молекулами меланины, не растворимые ни в воде, ни в спирте, ни в большинстве органических растворителей (исключение составляет ДМСО). Знание о метаболизме катехоламинов долгое время было ограничено изучением реакций водорастворимых продуктов и заканчивалось на стадии образования водонерастворимых соединений темного цвета - меланинов.

В последнее время началось формирование представления о химической структуре меланинов не как о биополимерах, но как о супрамолекулах , обладающих уникальной адгезивной способностью к разнообразным поверхностям, как показано на примерах синтетического меланина – полидофамина.

Разработка методов синтеза «кальциевых меланинов» привела к выводу, что в состав супрамолекул меланина входят основные сигнальные молекулы – кальций, активные формы кислорода и семихинонаты катехолов .

Изучение различных патологий сердечно-сосудистой системы и нервно-мышечных структур показали связь нарушений с увеличением внутриклеточной концентрации кальция и активных форм кислорода в поврежденных клеточных структурах.

В присутствии катехолов, катехоламинов в области повреждений тканей создаются благоприятные условия для образования и самосборки супрамолекул меланина. Супрамолекулы меланина формируют водонерастворимые, высоко адгезивные слои, покрывающие поврежденные участки мембран. Помимо механической защиты поврежденного участка при образовании меланинов происходит снижение концентрации свободного кальция и активных форм кислорода.

Меланиновые структуры обнаруживают на поверхностях различных органов – миокарда и легких - при возникновении аритмий .Показателен успех использования дофамина при пересадке органов, увеличивающего время жизни пересаженных органов .

Обнаружение адгезивных свойств  меланина привело к взрывному прогрессу использования его во многих областях биомедицины и нанотехнологий.

Естественным представляется наличие меланиновых островков внутри  митохондрий, поскольку митохондрии являются одними из основных генераторов супероксида и богаты кальцием .

Проведено изучение действия водорастворимой формы меланина на метаболизм и сократительную функцию изолированного сердца крысы в условиях кальциевого парадокса, тотальной глобальной ишемии и реперфузии . Показано, что перфузия изолированного сердца крысы кальций- содержащей средой после 10-мин перфузии в бескальциевой среде вызывала снижение уровня макроэргических фосфатов, выход миоглобина в перфузионный раствор, разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях сердца, развитие контрактуры миокарда. Предварительное введение меланина животным приводило к снижению выхода миоглобина, предотвращению сильного падения уровня АТФ и фосфокреатина, сохранению сопряжения окисления и фосфорилирования в митохондриях, и, как результат, к замедлению развития контрактуры при кальциевом парадоксе. Меньший эффект меланина наблюдали на модели ишемии- реперфузии изолированного сердца. Сделан вывод, что меланин обладает кардиопротекторным действием, эффективно защищает сердце от нарушений, вызванных дисбалансом кальция.

Особенностью действия меланина является  его долговременная эффективность в  защите сердца от ишемии и реперфузии, а также в модели кальциевого парадокса (повреждении сердца при временной перфузии сердца в бескальциевом растворе).

Предполагаемое формирование слоев молекул меланина позволяет  объяснить связь кальциевого парадокса и кислородного парадокса.

Логично предположить, что явление прекондиционирования также связано с образованием метал- катехолатных меланиновых слоев на поврежденной поверхности тканей.

В пользу этого свидетельствуют опыты по пересадке органов при добавлении низких концентраций дофамина .

Настоящее и дальнейшее развитие представлений о химической структуре меланинов позволит расширить понимание процессов метаболизма катехолов и катехоламинов на заключительной стадии образования нерастворимых метал-катехолатных супрамолекулярных структур; разработать новые подходы к лечению заболеваний, связанных с нарушениями функции тканей, использовать это знание для избирательного формирования меланиновых пленок для зашиты поврежденных участков ткани.

Pоccийcкий кардиологический научно-пpоизводcтвенный комплекc Минздpава PФ , г. Москва

Авторы: Лебедев А.В. Веселова О.М. Пугаченко И.С. Шульженко В.С.