CC BY
4ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ D2O В МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ И ТЕРАПИИ
Лобышев В.И.
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет Москва 119991, ГСП-1, Ленинские горы, дом 1, стр. 2 [email protected]
Неожиданно большие эффекты замены Н2О на D2O вплоть до гибели живых организмов были обнаружены еще в 30-тых годах прошлого столетия сразу после получения первых образцов тяжелой воды. К середине 50-тых годов стало ясно, что простейшие живые организмы могут жить в чистой D2O, но для млекопитающих 30% раствор уже является токсичным [1]. По-видимому, первое использование D2O в медицинских целях было осуществлено еще в 1950 году с целью определения количества воды в организме человека [2]. Этот прямой метод определения содержания воды в организмах взрослых, детей, младенцев и беременных женщин, спортсменов, а также в ветеринарных исследованиях используется в настоящее время с использованием методов ЯМР, ИК и масс-спектроскопии. Использование D2O в качестве изотопно-меченного реагента обладает широкими возможностями для изучения метаболических потоков в норме и патологии. Применение современных методов масс-спектроскопии и хроматографии позволяют анализировать процессы синтеза и деградации нуклеиновых кислот, белков, жирных кислот, липидов и углеводов [3]. На фантомах в присутствии D2O с использованием методов ближней ИК спектроскопии и нейронных сетей была продемонстрирована возможность неинвазивного определения водно-липидного состава среды [4]. К значимым эффектам D2O следует отнести увеличение резистентности биополимеров, клеток и живых организмов к экстремальным условиям [1]. В качестве успешных примеров можно привести стабилизацию пероральных вакцин против полиомиелита и желтой лихорадки [5], эффективную консервацию почек и печени мышей [6-8], протекторное действие по отношению к гамма-радиации [9]. Добавка в рацион 10% D2O замедляет катаболические процессы и замедляет развитие возрастной тугоухости за счет снижения выработки эндогенного окислительного стресса в улитке мышей [10]. Опухолевые клетки активнее, чем нормальные клетки ингибируются при увеличении концентрации дейтерия в питьевой воде, что приводит к увеличению продолжительности жизни зараженных животных, а в некоторых случаях к их излечению. При этом совместное применение химиотерапии или облучения с употреблением дейтерированной воды приводит к положительному синергетическому действию [1, 11, 12]. Оптимистичные результаты не вскрывают детальных механизмов защитного действия D2O, но стимулируют дальнейшие исследования.
[1] В.И. Лобышев, Л.П. Калиниченко. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. Наука, М., 1978 [2] P R Schloerb et al. The measurement of total body water in the human subject by deuterium oxide dilution; with a consideration of the dynamics of deuterium distribution. J Clin Invest 10:1296-1310. (1950) doi: 10.1172/JCI102366. [3] Jonghyun Kim et al. Metabolic deuterium oxide (D2O) labeling in quantitative omics studies: A tutorial re view. Analytica Chimica Acta 1242, 340722, (2023) https://doi.org/10.1016/j. aca.2022.340722 [4] S.S. Spink et al. Shortwave infrared diffuse optical wearable probe for quantification of water and lipid content in emulsion phantoms using deep learning. Journal of Biomedical Optics 28, 094808, (2023) DOI: 10.1117/1.JB0.28.9.094808 [5] A.Sen et al. Role of heavy water in biological sciences with an emphasis on thermostabilization of vaccines, Expert Review of Vaccines, 8:11, 1587-1602, (2009) DOI: 10.1586/erv.09.105 [6] M.Wenzel, J.H. Fischer. Organ-Konservierung durch Schweres Wasser. Einfluss von D2O Konzentration und Temperatur auf die Organ Schwellung. J. Clin. Chem. Clin. Biochem. 21, 83-89, (1983). [7] S. Shimada et al. Heavy Water (D2O) Containing Preservation Solution Reduces Hepatic Cold Preservation and Reperfusion Injury in an Isolated Perfused Rat Liver (IPRL) Model. J Clin Med. 8, 1818. (2019) doi: 10.3390/jcm8111818. [8] M. Fukai et al.Combination of Cold Storage in a Heavy Water-Containing Solution and Post-Reperfusion Hydrogen Gas Treatment Reduces Ischemia-Reperfusion Injury in Rat Livers. Transplant Proc. 55, 1027-1031, (2023) doi: 10.1016/j.transproceed.2023.03.061 [9] J.A. Laissue et al. Protection of mice from whole body gamma irradiation by deuteration of drinking water: hematologic findings. Exp. Hematol. 15, 177-180, (1987). [10] S.Hou et al. Dietary intake of deuterium oxide decreases cochlear metabolism and oxidative stress levels in a mouse model of age-related hearing loss. Redox Biol.17, 102472, (2022) doi: 10.1016/j.redox.2022.102472.[11] J. Jandova et al. Deuterium Oxide (D2O) Induces Early Stress Response Gene Expression and Impairs Growth and Metastasis of Experimental Malignant Melanoma. Cancers 13, 605, (2021) https:// doi.org/10.3390/cancers13040605 [12] А.В. Косенков и др. Обратимое дейтерирование тканевой жидкости и биополимеров в нормальных и опухолевых тканях мышей. Биофизика, 63,1021-1026, (2018).
