Біохіміки Львівського університету наблизилися до вирішення проблеми лікування цукрового діабету
Як часто нам випадає нагода зупинитися посеред буденної метушні й поглянути на себе як на чудове творіння природи? Ні, не пропонуємо розглядати себе як унікальну конструкцію з досконалою будовою тіла та надзвичайно креативним розумом, а лише як складну мережу хімічних взаємодій між молекулами та надмолекулярними комплексами, які, наче мільйони маленьких пазлів, створюють чудову картинку, яку нам, напевно, ніколи не вдасться збагнути до кінця.
Адже людський організм за складністю організації прирівнюють до космосу. Місце кожного із цих пазлів у складній системі нашого тіла надзвичайно важливе, і втрата будь-якого з елементів може мати катастрофічні наслідки для цілого організму. Саме вони визначають всю палітру того, що формує нас як особистість: нашу здатність вчитися, творити, сумувати, радіти, любити тощо.
Сьогодні, очевидно, важко виокремити конкретну галузь біологічних знань, яка покликана розшифрувати механізми міжмолекулярних взаємодій, шляхи комунікацій між клітинами, процеси, які відповідають за злагоджену роботу кожного компартменту клітини, кожної тканини та органу. Проте можемо з упевненістю сказати, що біохімія – це міждисциплінарна галузь сучасної біології, яка формує методологію всіх сучасних галузей біологічної науки. Саме біохімія дає нам змогу наблизитися до глибшого розуміння хімізму біологічних реакцій та функцій біоорганічних молекул, з яких збудоване наше тіло і перебудова яких може стати причиною його загибелі. Словом, біохімія – наука про хімічний склад живих організмів і хімічні перетворення, яким підлягають молекули, що входять до їхнього складу.
Колектив кафедри біохімії біологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка належить до наукової спільноти, що своїми дослідженнями намагається розкрити молекулярні механізми розвитку патологічних змін, які виникають у разі цукрового діабету та нейродегенеративних захворювань, а також розробити нові підходи для корекції й лікування зумовлених ними ускладнень на молекулярному та клітинному рівні.
ІСТОРИЧНА ДОВІДКА
Кафедра біологічної хімії була створена у 1896 р. на базі медичного факультету Львівського університету. Hayкові дослідження в галузі біохімії у Львівському університеті набрали світової ваги з приходом у 1920 р. на посаду професора і директора Інституту медичної хімії видатного біохіміка Якуба Оскаровича Парнаса. Професор Я. Парнас був одним із піонерів застосування ізотопних методів у біохімічних дослідженнях, зокрема у процесах трансфосфорилювання. Не менша заслуга науковця у створенні Львівської школи біохімії. Історія біохімічної науки у Львові має багато захопливих, а іноді й драматичних сторінок.
У рамках сучасної наукової школи «Біохімія і молекулярна біологія», яка заснована на кафедрі біохімії Університету ще 1963 року, започатковано новий науковий напрямок «Молекулярні механізми регуляції морфофункціонального стану клітин системи крові за умов патологічних станів різної етіології». Через кров, як відомо, здійснюється регуляція роботи всіх систем організму. Аналізуючи хімічний і фізичний склад крові за допомогою рецепторів, мозок людини отримує інформацію про стан організму в цілому. Ось чому в медицині аналіз крові є первинним обов’язковим дослідженням перед лікуванням будь-якої хвороби.
Серед найзначніших наукових досягнень Львівської біохімічної школи – проривні дослідження у сфері нових способів діагностики і лікування цукрового діабету 1 типу та в моделюванні молекулярних процесів, що відбуваються в нейронах за хвороби Паркінсона.
Що таке цукровий діабет 1 типу і чим він небезпечний? Це автоімунне захворювання, тобто патологія, пов’язана з тим, що імунна система помилково реагує проти власних тканин організму. За цього захворювання імунні клітини та розчинні фактори руйнують клітини підшлункової залози, які продукують гормон, що контролює рівень глюкози в крові – інсулін.
Згідно з даними Міжнародної діабетичної федерації, сьогодні на Землі від цієї хвороби потерпають 425 млн дорослих людей; в Україні у 2017 р. зареєстровано 2 836 300 хворих на цукровий діабет (дані без урахування статистики АР Крим та окупованих територій Донецької і Луганської областей). Зважаючи на величезну кількість хворих, дослідження молекулярних механізмів розвитку цукрового діабету та пошук нових терапевтичних засобів є вкрай актуальним. Учені ведуть експерименти in vivo: на моделях хімічно-індукованого або генетично-детермінованого діабету та після хірургічного видалення підшлункової залози у піддослідних організмів, а також in vitro: досліджуючи біохімічні процеси у клітинних лініях ізольованих інсулінопродукуючих клітин панкреатичних острівців та адипоцитів.
Дослідження цукрового діабету на кафедрі біохімії Львівського університету здійснюють на моделі хімічно-індукованого цукрового діабету в білих щурів. За останнє десятиріччя маємо чимало здобутків: 1) розроблено тест-систему для діагностичного та прогностичного застосування при лікуванні цукрового діабету 1-го типу; 2) визначено основні тестові показники, що покладені в основу диференціальної діагностики та визначення молекулярних мішеней для корекції фармакологічними засобами діабетичних ангіопатій; 3) отримано 6 патентів на корисну модель та один патент на винахід щодо «Способів лікування діабету».
Досягнення наукової школи кафедри біохімії мають не лише вагоме теоретичне значення, а й стали підґрунтям для розробки нових способів діагностики та лікування широкого кола захворювань різної етіології.
На жаль, на сьогодні немає способів ефективного лікування цукрового діабету. Ліки, які використовують, спрямовані лише на контроль захворювання та полегшення перебігу діабетичних ускладнень (кетоз, гіперглікемічна кома, ангіо-, нейро-, нефро-, ретинопатії, діабетична стопа). Щоб добре почуватися, хворі повинні постійно дотримуватися дієти, щоденно виконувати фізичні вправи та робити уколи інсуліну чи вживати доволі токсичні ліки. Для підвищення якості життя хворих, а також для мінімізації хронічних ускладнень цукрового діабету в наш час активно застосовують т. зв. «функціональні харчові продукти», які є складовою «додаткової та альтернативної медицини» (Complementary and alternative medicine, CAM). З цією метою в усьому світі для лікування хвороб використовують фітотерапію. Всесвітня організація охорони здоров’я опублікувала рекомендацію клініцистам застосовувати рослинні лікарські засоби для лікування цукрового діабету та його ускладнень.
Працівники кафедри біохімії Львівського університету розробили нові способи одержання функціональних харчових продуктів, основою яких є біологічно активні речовини козлятника лікарського, якона, дерену справжнього, медичних грибів Ganoderma lucidum та Agaricus brasiliensis, поліфенольні сполуки червоного виноградного вина й антоціанідини капусти червонокачанної. Доведено, що одержані препарати здатні знижувати рівень глюкози у крові піддослідних тварин (гіпоглікемічна дія), детоксикувати вільні радикали та активувати ферменти антиоксидантної системи (антиоксидантна дія), модифікувати активність клітин імунної системи, їхню здатність розпізнавати та знищувати патогени (імунокоригуюча дія), а також нормалізувати рівень еритроцитів та гемоглобіну (антианемічна дія). Ці препарати впливають не лише на систему крові, а й мають інші цінні властивості (нейро-, нефро- та ретинопротективні дії), які можуть бути корисними у лікуванні та запобіганні розвитку найбільш розповсюджених ускладнень цукрового діабету.
Іншим продуктивним напрямком досліджень кафедри біохімії Львівського університету є застосування штучних моделей для вивчення біохімічних змін у процесі нейродегенеративних патологій людини. Так, зокрема, працівники кафедри штучно змоделювали молекулярні процеси, що відбуваються в нейронах у разі хвороби Паркінсона. Як основний модельний об’єкт було використано еукаріотичний (одноклітинний) мікроорганізм – термотолерантні дріжджі Hansenula (Ogataea) polymorpha. Генетично модифіковані клітини цього мікроба здатні синтезувати людський білок альфа-синуклеїн, конгломерати якого є основною етіологічною причиною хвороби Паркінсона. Такий модельний організм зручний у культивуванні, на ньому легко здійснювати молекулярно-генетичні маніпуляції, послідовність геному цього виду дріжджів повністю розшифрована, а ціла плеяда генів, продукти яких задіяні в автофагійній деградації, мають високий ступінь подібності до людських, що дає змогу запускати процеси деградації альфа-синуклеїну та екстраполювати їх на людські клітини. Модельні штами Hansenula polymorpha, в яких синтезується людський альфа-синуклеїн – це перша сходинка на шляху пошуку сполук і речовин для індукції автофагійної деградації аномальних форм альфа-синуклеїну та корекції патологічних змін у нейронах, викликаних цим білком.
Наукова школа кафедри біохімії добре знана у світі. Львівські вчені беруть активну участь у виконанні спільних наукових грантів у Польщі, Канаді, Австрії, Ізраїлі та США. Перед студентами, що спеціалізуються на кафедрі біохімії, відкриваються широкі перспективи досконало звідати секрети живих організмів і стати філігранними експериментаторами високого рівня, які можуть працювати у найсучасніших лабораторіях будь-якої країни світу.
За матеріалами кафедри біохімії