Том 24, № 2 (2024)

Искусственные нейронные сети способны эффективно обрабатывать большие массивы данных, а также решать задачи предсказания, классификации и восстановления данных. В статье подробно рассмотрена каждая из перечисленных задач, изучены литературные источники, посвященные исследуемой теме. Искусственные нейронные сети справляются с поставленными задачами с высокой степенью точности. Описаны способы применения нейронных сетей для анализа системной гемодинамики. Современные нейросети могут анализировать медицинские данные и способны работать с неполными данными, находить в них скрытые закономерности, а также могут быть адаптированы для решения большого спектра задач. В нашей лаборатории осуществляется разработка искусственной нейронной сети, способной осуществлять классификацию показателей, описывающих состояние гемодинамики участников исследования, восстанавливать пропущенные или недостающие данные. Таким образом, искусственные нейронные сети могут выступать в качестве действенного метода анализа показателей системной гемодинамики.

Обоснование. Эндопротезирование крупных суставов — часто выполняемая операция в травматологической практике. Развитие местных инфекционных осложнений у пациентов после операции имеет большое социально-экономическое значение, так как более 30 % случаев воспалительных послеоперационных реакций осложняются сепсисом. Для оценки рисков инфекции в области хирургического вмешательства ведется поиск современных лабораторных маркеров и критериев, значимость которых оценивается в разные периоды лечения пациентов и включается в прогностические шкалы.

Цель — оценить прогностическое значение коагулологических, биохимических и гематологических показателей риска геморрагических осложнений у пациентов после эндопротезирования тазобедренных суставов.

Материалы и методы. В исследование было включено 85 пациентов, находившихся в клинике травматологии и ортопедии ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова по поводу планового эндопротезирования тазобедренного сустава. Средний возраст пациентов составил 64 ± 10 лет (46 женщин и 39 мужчин). Всем пациентам проводили клинико-лабораторное обследование перед операцией, на следующий день после операции и перед выпиской. Все пациенты после операции для профилактики венозных тромбоэмболических осложнений получали ривароксабан (10 мг 1 раз/сут) или апиксабан (2,5 мг 2 раза/сут) в течение всего периода нахождения в клинике. Ретроспективно в зависимости от возникновения осложнений пациенты были разделены на группы: 1-я — 78 пациентов (42 женщин и 36 мужчин), у которых послеоперационный период прошел без осложнений; 2-я — 7 пациентов (4 женщины и 3 мужчин), у которых наблюдались геморрагические события. Всем пациентам выполняли скрининговую коагулограмму (международное нормализованное отношение, активированное частичное тромбопластиновое время, фибриноген) на анализаторе STA Compact (Stago, Франция), определяли биохимические показатели (аланинаминотрансфераза, аспартатаминотрасфераза, креатинин, кальций общий, кальций ионизированный, сывороточное железо, С-реактивный белок) на анализаторе COBAS Integra 400plus (Roche, Швейцария), гематологические показатели на анализаторе DxH800 (Beckman Coulter, США).

Результаты. При ретроспективном анализе выявили, что низкая концентрация сывороточного железа была маркером риска развития геморрагических осложнений у пациентов мужского пола до операции и в раннем периоде после эндопротезирования тазобедренных суставов независимо от пола. Для раннего периода после операции значимыми были повышение уровня фибриногена и С-реактивного белка. В период выздоровления наиболее важным для оценки риска осложнений было повышение концентрации С-реактивного белка и относительного количество моноцитов в крови.

Выводы. Прогностические шкалы развития осложнений у пациентов по поводу эндопротезирования тазобедренных суставов рекомендуется дополнить лабораторными показателями, которые необходимо определять до операции: концентрацию сывороточного железа у мужчин, в раннем послеоперационном периоде — С-реактивный белок, фибриноген и сывороточное железо у всех пациентов, при выписке — С-реактивный белок и количество моноцитов как критерии риска осложнений.

Актуальность. Барьерные свойства эпителиальных и эндотелиальных клеток обычно изучают in vitro при культивировании клеток на сетчатых вставках в культуральных планшетах, при этом необходимо оценивать состояние монослоя клеток на мембране вставок перед проведением эксперимента. Обычно анализ плотности монослоя проводят по прохождению флуоресцентной метки через вставку с клетками или измеряя трансэндотелиальное сопротивление (TEER) клеточного слоя. Во многих исследованиях применяют параллельно оба метода оценки целостности монослоя в зависимости от цели исследования. Метод с применением TEER позволяет также регистрировать ранние изменения состояния монослоя при действии различных веществ.

Цель данной работы - продемонстрировать возможность измерений TEER с применением предлагаемого устройства (кондуктометра), изготовленного из доступных компонентов, на примере клеток эндотелиального/эпителиального происхождения.

Материалы и методы исследования. Представлено устройство (кондуктометр) для измерения TEER, созданное на основе легко доступных компонентов. Устройство было проверено при культивировании двух клеточных линий – гибридома эндотелиального происхождения Ea.hy926 и аденокарцинома ободочной кишки человека Caco-2.  Клетки линии Caco-2 культивировали в течение 22 суток, а клетки линии Ea.hy926 - в течение 7 суток. Целостность клеточного монослоя и плотность межклеточных контактов оценивали по величине TEER, определяемую с помощью предлагаемого кондуктометра, а также по проницаемости монослоя клеток для флуоресцеина/меченого флуоресцеином декстрана.

Результаты. Приведены результаты измерений TEER с помощью предлагаемого устройства и проницаемости монослоя клеток для Na флуоресцеина/меченого флуоресцеином декстрана при культивировании клеток Caco-2 и EA.hy926. Для клеток Caco-2  с момента начала измерений значение TEER постепенно увеличивалось, достигая максимальных значений к 20-21 суткам, после чего немного снижалось. Значения проницаемости снижались по мере культивирования клеток, что указывало на образование плотных контактов. Для клеток  EA.hy926 подъем значений TEER происходил на третьи сутки, на 7 сутки начиналось снижение. Полученные нами с помощью предложенного устройства результаты TEER  и проницаемости имеют сильную обратную корреляцию и хорошо согласуются.

Заключение.  Представленное устройство, выполненное на базе простых и доступных компонентов, аналогично коммерчески доступным приборам и может быть использовано для изучения целостности и плотности монослоя при культивировании эпителиальных/эндотелиальных клеток, изучения процессов транс/парацеллюлярного транспорта при действии различных веществ, а также при экспериментах с ко-культивированием различных клеточных линий.

Обоснование. Аргинин-вазопрессин вовлечен в модуляцию стресса и боли. Влияние синтетического аналога аргинин-вазопрессина — 1-дезамино-8-D-аргинин-вазопрессина на болевую чувствительность, стресс-реактивность, уровни моноаминов и нейротрофического фактора мозга в модели электростимуляции лап у крыс не изучены.

Цель ― оценить влияние 1-дезамино-8-D-аргинин-вазопрессина на болевую чувствительность и содержание норадреналина, серотонина, дофамина, нейротрофического фактора мозга в теменной коре и спинном мозге в тесте электростимуляции лап у крыс.

Материалы и методы. Исследование проведено на самцах крыс Вистар, которым вводили 1-дезамино-8-D-аргинин-вазопрессин интраназально 1 раз в день в течение 5 дней в малых (однократной 20 нг, курсовой 100 нг) и больших дозах (однократной 2 мкг, курсовой 10 мкг). Содержание нейротрофического фактора мозга в теменной коре и спинном мозге, кортикостерона в сыворотке крови определяли с использованием иммуноферментного анализа. Оценивали уровни норадреналина, серотонина, дофамина и их метаболитов в мозге с применением высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Результаты. 1-Дезамино-8-D-аргинин-вазопрессин в разных дозах снижал болевую чувствительность у крыс, более выраженно — при введении больших доз. Пептид в малых дозах в теменной коре повышал содержание дофамина и снижал уровни 5-гидроксииндолуксусной кислоты — метаболита серотонина, в спинном мозге ― снижал содержание 5-гидроксииндолуксусной кислоты. 1-Дезамино-8-D-аргинин-вазопрессин в больших дозах в теменной коре повышал содержание дофамина и снижал уровни 5-гидроксииндолуксусной кислоты; в спинном мозге ― уменьшал содержание серотонина и 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты — метаболита дофамина; повышал уровни норадреналина и гомованилиновой кислоты — метаболита дофамина. Пептид не влиял на содержание кортикостерона в крови и уровни нейротрофического фактора мозга в мозге у крыс.

Заключение. Выявлены обезболивающие эффекты 1-дезамино-8-D-аргинин-вазопрессина при интраназальном введении в разных субэндокринных дозах. Независимо от вводимых доз в вызванное пептидом обезболивание были вовлечены дофамин и серотонин на супраспинальном уровне, серотонин ― на уровне спинного мозга. Более выраженная аналгезия при введении 1-дезамино-8-D-аргинин-вазопрессина в больших дозах была обусловлена дополнительным участием дофамина и норадреналина на уровне спинного мозга.

Обоснование. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, устойчивость микроорганизмов к антибиотикам — это одна из наиболее серьезных угроз для здоровья человечества, безопасности потребления пищевых продуктов и развития экономики. Антимикробные пептиды животного происхождения, к которым с трудом вырабатывается резистентность, представляются перспективным вариантом преодоления этой проблемы. Чтобы решить одну из задач на пути практического применения пептидов — их быструю деградацию в плазме крови, можно использовать дендримеризацию линейных аналогов уже существующих антимикробных пептидов. В данной работе показано, что дендримеры укороченного аналога природного пролин-богатого пептида ChBac3.4 превосходят по показателям антимикробной активности исходный пептид и намного более стабильны в сыворотке крови. При этом, как и исходный пептид, разветвленные аналоги не обладают гемолитической активностью.

Цель — pазработка новых структурных аналогов пептида, обладающих большей стабильностью в сыворотке крови и сохраняющих высокую антимикробную активность, путем получения дендримерных (разветвленных) молекул.

Материалы и методы. Исследуемые пептиды были синтезированы методом твердофазного пептидного синтеза, а их антимикробные свойства исследованы методом серийных разведений в жидкой питательной среде, как против грамположительных, так и против грамотрицательных бактерий. Стабильность пептидов оценивали с помощью их культивации в присутствии сыворотки крови человек.

Результаты. Модификации исходного пептида показали значительное увеличение антимикробной активности против всех исследованных штаммов, а их устойчивость многократно усилилась.

Заключение. Дендримеризация показала свою эффективность в улучшении свойств пролин-богатых пептидов, что позволит перейти к их использованию в медицине.

Обоснование. В настоящее время в связи с увеличением количества инфекционно-воспалительных заболеваний особенно важной становится проблема применения антибактериальных препаратов. В результате действия токсинов воспалительные процессы могут затрагивать центральную нервную систему с последующим развитием нейровоспаления. Активация нейровоспаления приводит к нарушению регуляции многих физиологических функций. Эти негативные проявления могут наблюдаться даже спустя долгий период времени. Известно, что доксициклин — антибиотик тетрациклинового ряда, способный проникать через гематоэнцефалический барьер, обладает противовоспалительной активностью.

Цель — изучить характер отсроченных физиологических изменений у крыс на фоне приема антибактериального препарата доксициклин в липополисахарид-индуцированной модели нейровоспаления.

Материалы и методы. В эксперименте использовали 4 группы крыс Wistar, по 10 самцов в каждой группе. Первой группе однократно внутрибрюшинно вводили 0,9 % раствор натрия хлорида, второй — липополисахарид (1 мг/кг). Животные третьей и четвертой групп в течение 2 нед. ежедневно перорально получали раствор доксициклина (25 мг/кг). На 15-й день эксперимента крысам из четвертой группы вводили липополисахарид (1 мг/кг). В нескольких временных точках оценивали массу тела животных, массовые коэффициенты иммунокомпетентных органов, а также поведение и двигательную активность крыс в тесте «открытое поле».

Результаты. Показано, что системное введение липополисахарида приводило к увеличению массовых коэффициентов селезенки, почек и надпочечников по сравнению с группой животных, получавших предварительно доксициклин. Данные изменения отмечались через 48 ч и через 2 мес. после инъекции эндотоксина. В тесте «открытое поле» у животных, которым вводили доксициклин и липополисахарид, наблюдали отсутствие нарушений двигательной активности и исследовательского поведения, в отличие от группы, получавших только липополисахарид.

Заключение. Можно предположить, что выявленные на ранних и поздних сроках фармакологические эффекты доксициклина в липополисахарид-индуцированной модели нейровоспаления не ограничиваются антибактериальным действием препарата и опосредованы противовоспалительным и потенциальным нейропротекторным влиянием на центральную нервную систему.

Обоснование. Синдром дефицита внимания и гиперактивности — одно из самых распространенных нервно-психических заболеваний у детей. Несмотря на большую социальную значимость данного синдрома, этиология заболевания не установлена. Одно из возможных звеньев патогенеза этого заболевания — нарушение миелинизации нервных волокон. Крысы с нокаутом гена транспортера дофамина (dopamine transporter gene knockout, DAT-KO) представляют наиболее распространенную модель синдрома дефицита внимания и гиперактивности, поскольку демонстрируют симптомы, сходные с таковыми у детей с заболеванием: повышенную двигательную активность, когнитивные нарушения и компульсивное поведение. Данная работа позволит определить наличие нарушений миелинизации в спинном мозге крыс линии DAT-KO, что расширит понимание этиологии и патогенеза синдрома.

Цель — определение уровня мРНК генов, кодирующих белки, участвующие в процессе миелинизации, в спинном мозге крыс DAT-KO при их естественном развитии.

Материалы и методы. Работа выполнена на 72 крысятах (DAT-KO, DAT-HET, DAT-WT), полученных в результате скрещивания 12 пар половозрелых крыс DAT-HET. Крысят декапитировали на 7, 14, 21-й дни постнатального развития, после чего в шейном и поясничном отделе спинного мозга методом обратной транскрипции полимеразной цепной реакции в реальном времени измеряли уровни мРНК основных генов-маркеров миелинизации.

Результаты. Уровни мРНК генов mag, olig2 и plp1 существенно отличались в шейном и поясничном отделах спинного мозга крыс DAT-KO по сравнению с животными DAT-WT. Значимое повышение уровня мРНК гена mag у животных DAT-HET и DAT-KO наблюдалось на 14-й и 21-й день постнатального развития. У этих животных также был повышен уровень мРНК гена olig2 на 21-й день постнатального развития. Уровень мРНК гена plp1 у животных DAT-KO был повышен на 14-й и понижен на 21-й день постанального развития.

Заключение. Нарушение миелинизации нервных волокон спинного мозга крыс DAT-KO — одно из последствий нокаута гена транспортера дофамина, а также одна из возможных причин наблюдаемых поведенческих изменений — гиперактивности, когнитивных нарушений и компульсивного поведения.

Обоснование. Компульсивное переедание — наиболее распространенное расстройство пищевого поведения, характеризующееся повторяющимися эпизодами переедания, во время которых человек потребляет чрезмерное количество еды при отсутствии голода. Эти эпизоды переедания обычно сопровождаются чувством отсутствия контроля с неспособностью воздержаться от еды или остановиться после ее начала. В модели компульсивного переедания на грызунах показано, что прерывистое потребление высококалорийной пищи вызывает компульсивное переедание независимо от увеличения массы тела.

Цель — изучить действие антагониста рецепторов грелина агрелакса на компульсивное переедание у крыс.

Материалы и методы. В исследовании участвовало 30 самцов крыс линии Вистар. Для моделирования компульсивного переедания животные получали высококалорийную пищу (смесь на основе шоколадно-ореховой пасты) 3 раза в неделю при сохранении свободного доступа к стандартному брикетированному корму и воде. Компульсивность в поведении оценивали с помощью теста закапывания шариков. Антагонист рецепторов грелина агрелакс вводили интраназально 1 мкг/1 мкл, по 10 мкл в каждую ноздрю в течение 7 дней.

Результаты. Проведена оценка компульсивного поведения в тесте закапывания шариков. Опытная группа животных, получающая высококалорийное питание, закапывала достоверно большее количество шариков, чем контрольная (p < 0,01). После 7-дневного курса агрелакса, количество закопанных шариков значимо снижалось, доходя до значений контрольной группы (p < 0,05). Отработана методика компульсивного переедания у крыс при выдаче высококалорийной пищи 3 раза в неделю. После 7-дневного курса агрелакса потребление высококалорийной пищи достоверно снижалось (p < 0,05). Суточное потребление стандартного корма в группе не отличалось относительно контрольной группы. Однако после курса агрелакса потребление стандартного корма снижалось.

Заключение. Полученные данные предполагают новые пути синтеза фармакологических средств пептидной природы на основе грелина и его антагонистов для коррекции пищевой зависимости.

Обоснование. Важными участниками атеросклеротического процесса являются цитокины. Продукт Т-хелперов и тучных клеток интерлейкин-4 вызывает активацию эндотелиальных клеток и в то же время индуцирует поляризацию макрофагов по антивоспалительному М2-фенотипу.

Цель — изучить влияние интерлейкина-4 на активацию трансэндотелиального транспорта липопротеинов низкой плотности.

Материалы и методы. Трансэндотелиальный транспорт липопротеинов низкой плотности оценивали на монослое эндотелиальных клеток человека линии EA.hy926 в 2-камерной модели. Для этого к клеткам на сутки добавляли выделенные из плазмы крови человека 200 мкг/мл липопротеинов низкой плотности, а также 1, 10 или 100 нг/мл интерлейкина-4, либо 10 или 50 нг/мл интерлейкина-6, либо 50 нг/мл фактора некроза опухоли, либо совместно 10 нг/мл интерлейкина-4 и 50 нг/мл фактора некроза опухоли, либо фосфатно-солевой буфер. Целостность эндотелиального монослоя контролировали по прохождению через него 1 мкг/мл флуоресцеина Na. Содержание в клетках мРНК определяли методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией, белков — Вестерн-блоттингом, активность в культуральных средах матриксных металлопротеиназ-1, -2 и -9 — зимографией, концентрации интерлейкинов-6 и -8 — иммуноферментным анализом

Результаты. Интерлейкин-4 не оказывал влияния на прохождение через монослой эндотелиальных клеток липопротеинов низкой плотности, в том числе при стимуляции данного процесса фактором некроза опухоли. При этом интерлейкин-4 подавлял секрецию клетками интерлейкина-8 и повышал выработку интерлейкина-6. Последний также не вызывал изменений проницаемости эндотелиального монослоя. Кроме того, интерлейкин-4 не влиял на экспрессию генов CAV, SCARB1, ACVRL1, кодирующих белки, участвующие в трансэндотелиальном транспорте липопротеинов низкой плотности. Добавление к клеткам интерлейкина-4 или -6 не приводило к изменению активности продуцируемых ими матриксных металлопротеиназ.

Заключение. Интерлейкин-4 не влияет на трансэндотелиальный транспорт липопротеинов низкой плотности, при этом модулируя выработку эндотелиоцитами других цитокинов. В дальнейшем требуется установление действия на трансэндотелиальный транспорт липопротеинов низкой плотности более широкого спектра цитокинов, продуцируемых клетками интимы, а также выяснение молекулярных механизмов влияния на указанный процесс фактора некроза опухоли с целью идентификации новых мишеней терапии атеросклероза.

Обоснование. Вещества, входящие в состав смешанной слюны, проявляют активность против бактерий, вирусов и грибов. Среди них выделяют различные катионные антимикробные пептиды: альфа- и бета-дефенсины, кателицидины, гистатины, однако их концентрация сравнительно низкая. С другой стороны, в слюне широко представлена фракция пролин-богатых белков и продуктов их протеолиза — пептидов, функции которых на данный момент остаются малоизученными и непонятными. Исследование антимикробной активности пролин-богатых белков, в частности при их совместном действии с антимикробными пептидами, расшифровка молекулярно-клеточных основ осуществления защитных функций пролин-богатых пептидов — актуальная задача медицины и биологии. Полученные данные помогут понять механизмы противоинфекционной защиты ротовой полости при участии системы врожденного иммунитета, а также в дальнейшем позволят создавать лекарственные препараты на основе пролин-богатых белков человека и животных.

Цель — исследование индивидуального антибактериального действия пролин-богатых белков слюны, их совместного действия с антимикробными белками лактоферрином и лизоцимом, а также с одним из наиболее значимых эндогенных защитных пептидов — кателицидином LL-37 — на формирование бактериальных биопленок.

Материалы и методы. В работе использован лактоферрин человека и яичный лизоцим. Методом серийных разведений в жидкой питательной среде оценены минимальные ингибирующие концентрации пептидов в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий. С помощью серийных разведений по методу «шахматной доски» показано, что пролин-богатые белки могут повышать антибактериальную активность пептидов врожденного иммунитета, присутствующих в ротовой полости. Изучена способность комбинаций катионных обогащенных пролином пептидов c кателицидином LL-37 препятствовать формированию бактериальных биопленок.

Результаты. В присутствии пролин-богатых пептидов повышается антимикробная активность некоторых антимикробных пептидов и белков, присутствующих в слюне, в отношении планктонных бактерий. При совместном действии пролин-богатых белков с LL-37 возрастает ингибирование образования бактериальных биопленок.

Заключение. В результате выполнения исследования показано, что анализируемые катионные пролин-богатые пептиды слюны человека проявляют противовоспалительные эффекты, что позволяет предположить их значимую роль в регуляции воспалительных процессов в полости рта, а также их участие в восстановительных процессах.