Международная группа учёных под руководством Университета Хиросимы разработала метод, позволяющий замечать самые ранние изменения коллагена кожи — задолго до того, как повреждения становятся видны при обычной визуализации.
Исследование показало, что коллаген сначала теряет точную внутреннюю организацию своих молекул. И лишь позднее его волокна начинают истончаться, распадаться и терять связи друг с другом. Поэтому внешне ткань может выглядеть неповреждённой, хотя глубинные изменения уже начались.
Коллаген — главный структурный белок кожи. Он образует сложную сеть, благодаря которой ткань сохраняет прочность, гибкость и устойчивость к физическим нагрузкам.
Его устройство состоит из нескольких уровней. Отдельные молекулы объединяются в более крупные пучки, а те формируют волокна, поддерживающие кожу. Поэтому коллаген называют иерархическим материалом: его свойства зависят не только от количества белка, но и от того, насколько правильно организованы все уровни структуры.
Традиционные методы визуализации обычно показывают уже заметные повреждения — истончение волокон, их разрывы или потерю связей. Однако такие признаки возникают сравнительно поздно.
Новый подход позволил обнаружить, что внутренняя упорядоченность коллагена может разрушаться ещё тогда, когда сеть волокон выглядит почти неизменной.
Авторы сравнивают это с книгой: обычные методы позволяют увидеть отсутствующие или повреждённые страницы, а новая технология замечает изменения в порядке слов и предложений ещё до того, как сама книга начинает выглядеть испорченной.
Для поиска скрытых изменений исследователи объединили современную оптическую визуализацию с хирооптической спектроскопией. Этот метод изучает взаимодействие молекул с поляризованным светом и позволяет оценивать их хиральность — структурную «право-» или «левостороннюю» ориентацию.
Подобно тому как левая и правая руки являются зеркальными отражениями, но не могут полностью совпасть, многие биологические структуры имеют определённую пространственную направленность. Коллаген обладает такой упорядоченностью как на уровне отдельных молекул, так и на более крупных уровнях.
Когда эта организация нарушается, ткань может терять важные свойства, даже если общее количество коллагена остаётся прежним.
Анализ показал чёткое различие между количеством белка и качеством его структуры. В образцах сохранялась большая часть коллагена и площади, которую он занимал, однако согласованность его внутренней организации уже значительно ухудшилась.
Иными словами, в коже по-прежнему может быть много коллагена, но его внутренняя архитектура уже начинает разрушаться. Поэтому одного измерения количества белка недостаточно для полноценной оценки состояния ткани.
Исследователи надеются создать более широкую систему, которая свяжет молекулярную структуру коллагена с организацией волокон и общей архитектурой ткани.
В будущем такой подход может помочь оценивать состояние тканей до того, как серьёзные структурные повреждения станут необратимыми. Он также может дать новые сведения о заживлении ран, медицинском лечении и разработке биоматериалов, взаимодействующих с живыми тканями.
Вместо того чтобы ждать появления видимых разрывов и истончения волокон, учёные смогут искать самые ранние признаки повреждения по тому, как именно расположены молекулы коллагена.
