სტატია
მეთილენის ლურჯი და მხედველობა: რას აჩვენებს ბადურის კვლევები და სად მთავრდება მათი დასკვნები
მკითხველი პოულობს კვლევას, რომელშიც მეთილენის ლურჯმა ბადურა დაიცვა, და ბუნებრივად უჩნდება კითხვა: უნდა გამოვიყენოთ თუ არა ის თვალში? მხედველობასთან დაკავშირებული მეთილენის ლურჯის კვლევები ამ კითხვას არ პასუხობს, რადგან არცერთ ძირითად კვლევაში ასეთი გამოყენება არ გამოუცდიათ. ერთ კვლევაში საღებავი ტოქსინთან ერთად თაგვების მინისებრ სხეულში შეიყვანეს. მეორეში ის ჭურჭელში მოთავსებული იზოლირებული უჯრედების გარემომცველ საკვებ არეს დაუმატეს. მესამეში მუტანტი თაგვების სასმელ წყალში ჩაამატეს. თითოეული შედეგი შესაბამის შეყვანის გზასა და მოდელს უკავშირდება.
ეს სტატია განიხილავს სამ პრეკლინიკურ კვლევას, ბადურის უჯრედების ორ ტიპს და ზღვარს ლაბორატორიულ დაცვასა და თვალის კლინიკურ მკურნალობას შორის. საერთო სურათი თანმიმდევრულია: კონტროლირებულ პირობებში მეთილენის ლურჯს შეუძლია ბადურის უჯრედებში მიტოქონდრიული სტრესის შეცვლა, თუმცა ეს აღმოჩენა საცალო ხსნარების თვალზე გამოყენებას არ ამართლებს.
უჯრედების ორი ტიპი, ორი განსხვავებული დაავადება
ბადურა შრეებისგან შედგება და მნიშვნელობა აქვს, რომელ შრეზე ვსაუბრობთ. სინათლე პირველად ბადურის გარე ნაწილში არსებულ ფოტორეცეპტორებს ხვდება. მათი სიგნალები შუალედური ნეირონების გავლით გადაეცემა ბადურის შიდა ნაწილში მდებარე განგლიურ უჯრედებს, რომელთა აქსონებიც მხედველობის ნერვის გავლით გამოდის. ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაზე შრეები თანმიმდევრობითაა დასახელებული.
გლაუკომისა და ოპტიკური ნეიროპათიის დროს საფრთხე ბადურის განგლიურ უჯრედებს ემუქრება. როდესაც ძიებაში მეთილენის ლურჯი და გლაუკომა ერთად მოიხსენიება, ჩვეულებრივ სწორედ ეს შიდა შრე და მისი აქსონები იგულისხმება. ბადურის გარე ნაწილის დეგენერაციის დროს საფრთხე ფოტორეცეპტორებს ემუქრება. ბადურაში მათ ყველაზე მაღალი ენერგეტიკული მოთხოვნა აქვთ და უჯრედული სუნთქვის შესაძლებლობების ზღვართან ახლოს ფუნქციონირებენ, ამიტომ მიტოქონდრიული კომპლექსი I-ის მწყობრიდან გამოსვლისას მცირე რეზერვი რჩებათ. ერთი ტიპის უჯრედში მიღებული შედეგი მეორეზე არ ვრცელდება და ქვემოთ განხილული სამი კვლევა მათ ერთმანეთისგან განასხვავებს. მოდელებისა და დასკვნების გამიჯვნის ზოგადი მიდგომა ახსნილია სტატიაში როგორ წავიკითხოთ მეთილენის ლურჯის კვლევები.
განგლიური უჯრედები ცოცხალი თაგვის თვალში
ამ სამი კვლევიდან ყველაზე ადრეულში მკვლევრებმა ოპტიკური ნეიროპათიის მოდელი შექმნეს ერთი თაგვის თვალის მინისებრ სხეულში როტენონის მიკროინექციით, ხოლო მეორე თვალში საკონტროლოდ მხოლოდ გამხსნელი შეიყვანეს. როტენონი ბლოკავს მიტოქონდრიულ კომპლექს I-ს — საწყის რგოლს, რომელიც NADH-დან ელექტრონებს შემდგომ გადასცემს. კომპლექსი I-ის დისფუნქცია ის თავისებურებაცაა, რომელიც ამ მოდელს ლებერის მემკვიდრულ ოპტიკურ ნეიროპათიასთან აკავშირებს — განგლიური უჯრედებისა და მხედველობის ნერვის დაავადებასთან.
24 საათის შემდეგ როტენონით დამუშავებულ თვალებში განგლიური უჯრედების შრე უფრო თხელი იყო და ნაკლებ უჯრედს შეიცავდა, ვიდრე საკონტროლო თვალებში. როდესაც მეთილენის ლურჯი როტენონთან ერთად შეიყვანეს, ეს დაზიანება დოზაზე დამოკიდებული გზით თავიდან იქნა აცილებული; ყველაზე მაღალი გამოცდილი დოზა (0.07 mg/kg, თაგვის LD50-ზე ბევრად დაბალი) ინარჩუნებდა როგორც შრის სისქეს, ისე უჯრედების რაოდენობას. ტვინის ჰომოგენატებში პარალელურმა ტესტებმა ორი ეფექტი აჩვენა: მეთილენის ლურჯმა უკუაქცია როტენონით გამოწვეული ოქსიდაციური სტრესი და ჟანგბადის მოხმარების შემცირება. ავტორებმა წამოაყენეს ექსციტოტოქსიკური მექანიზმის ვარაუდი: როტენონი აზიანებს მარეგულირებელ ამაკრინულ უჯრედებს, განგლიური უჯრედები ზედმეტად აქტიურდება, ხოლო ანტიოქსიდანტური მოქმედება შედეგად წარმოქმნილ დაზიანებას წყვეტს. ამ დაცვის სავარაუდო ქიმიური საფუძველი დეტალურადაა განხილული სტატიაში მეთილენის ლურჯის მიტოქონდრიული მექანიზმები.
ამ შედეგს სამი შეზღუდვა ახლავს. საღებავი ტოქსინთან ერთად უშუალოდ თვალში შეიყვანეს, რაც შეყვანის მეთოდია და არა მკურნალობის სქემა. დაკვირვების პერიოდი 24 საათი იყო. ამასთან, ციტოქრომოქსიდაზის მაჩვენებლები ორივე დაზიანებულ ჯგუფში გაიზარდა, რაც ავტორებმა გადაჭარბებულ აქტივობად მიიჩნიეს და არა ცოცხალ ბადურაში სუნთქვის აღდგენის მტკიცებულებად.
ჭურჭელში იზოლირებული განგლიური უჯრედები
მეორე კვლევაში თვალი საერთოდ აღარ მონაწილეობდა. მკვლევრებმა ახალგაზრდა ვირთაგვებისგან გამოყვეს ბადურის პირველადი განგლიური უჯრედები და მათზე იმოქმედეს როტენონით, აპოპტოზის გამომწვევი სტაუროსპორინით ან 72 საათის განმავლობაში ჟანგბადის დაბალი დონით, შემდეგ კი ცოცხალი და მკვდარი უჯრედების განმასხვავებელი შეღებვით შეაფასეს გადარჩენა. საკვებ არეში 1 და 10 მიკრომოლარული კონცენტრაციით მეთილენის ლურჯმა თითოეული დამაზიანებელი ზემოქმედებისას გააუმჯობესა გადარჩენა — პირობების მიხედვით დაახლოებით 1.5-დან 1.9-ჯერ. თანმხლებმა ტესტმა აჩვენა, რომ წყალბადის ზეჟანგის ზემოქმედებისას მეთილენის ლურჯი ციტოქრომ c ოქსიდაზის აქტივობას ინარჩუნებდა.
ეს იზოლირებული უჯრედების ფარმაკოლოგიაა. ნაერთი უჯრედებს განსაზღვრული კონცენტრაციით, საკვები არიდან დიფუზიის გზით აღწევდა; მის გზაზე არ იყო რქოვანა, ცრემლის აპკი, ბროლი, მინისებრი სხეული, სისხლმომარაგება ან იმუნური სისტემა. მოდელის მიზანი სწორედ ეს სიმარტივეა: ის აჩვენებს, რომ თავად განგლიური უჯრედების დაცვა შესაძლებელია, როდესაც ნაერთი მათ აღწევს. ეს არაფერს ამბობს იმაზე, მიაწვდის თუ არა რქოვანას ზედაპირზე მოთავსებული წვეთი ბადურის შიდა ნაწილს რაიმე განსაზღვრულ კონცენტრაციას. 10 მიკრომოლარულზე მაღალ კონცენტრაციებს ერიდებოდნენ იმავე უჯრედებისთვის ტოქსიკურობის გამო — შეხსენება იმისა, რომ ჭურჭელში დოზაზე დამოკიდებული პასუხი ორივე მიმართულებით იცვლება.
ფოტორეცეპტორები მუტანტ თაგვებსა და უჯრედულ ხაზში
მესამე კვლევა ბადურის გარე ნაწილს ეხება. მკვლევრებმა გამოიყენეს Harlequin თაგვები, რომლებსაც აპოპტოზის გამომწვევი ფაქტორის დეფიციტი აქვთ, რის გამოც კომპლექსი I სრულად ვერ იკრიბება, და 11 თვის ასაკში შეისწავლეს ფოტორეცეპტორების სტრუქტურა, გარე სეგმენტების მარკერები და მიტოქონდრიების მთლიანობა. ძუძუდან მოცილების შემდეგ მეთილენის ლურჯს სისტემურად, სასმელი წყლით აძლევდნენ, დაახლოებით 10 mg/kg დღეში. დამუშავებულ მუტანტებში, დაუმუშავებელ მუტანტებთან შედარებით, უკეთ შენარჩუნდა ბადურის სისქე, როდოპსინისა და ოფსინის მარკერები და მიტოქონდრიების უფრო ჯანსაღი სტრუქტურა.
თანმხლებ უჯრედულ კვლევაში გამოიყენეს 661W უჯრედები — თაგვის ფოტორეცეპტორების მსგავსი იმორტალიზებული უჯრედული ხაზი, რომელზეც 24 საათის განმავლობაში როტენონით მოქმედებდნენ, მეთილენის ლურჯთან ერთად ან მის გარეშე. 30 მიკრომოლარული კონცენტრაციისას გადარჩენა გაუმჯობესდა, ხოლო უფრო დაბალმა კონცენტრაციებმა NADH-ისა და NAD+-ის თანაფარდობა ნორმალიზა და ოქსიდაციური სტრესი შეამცირა. განსაკუთრებით საყურადღებოა ის, რაც მეთილენის ლურჯმა ვერ გააკეთა: მას ATP არ აღუდგენია. დაცვას თან ახლდა რედოქს-სტრესის შემსუბუქება და სტრესზე პასუხის გზების შესუსტება, მათ შორის მიტოქონდრიული არასწორად დაკეცილი ცილების პასუხისა და მიტოფაგიის მარკერების შემცირება, და არა ენერგომომარაგების აღდგენა.
ამ განსხვავებას მნიშვნელობა აქვს ბადურასთან დაკავშირებული მეთილენის ლურჯის შესახებ მტკიცებებისთვის. ნაერთს შეუძლია სტრესის ქვეშ მყოფი ფოტორეცეპტორი ცოცხალი შეინარჩუნოს მისი ენერგეტიკული დეფიციტის გამოსწორების გარეშე, რაც ნებისმიერ თერაპიულ ინტერპრეტაციას რედოქს-სტრესით შემოფარგლავს და არა ფართო გაახალგაზრდავებით.
სამი კვლევის შედარება
ქვემოთ მოცემულ შედარებაში თითოეული კვლევა მოდელისა და შეყვანის გზის მიხედვითაა აღწერილი, რადგან სწორედ ეს ორი სვეტი განსაზღვრავს, რა დასკვნას შეიძლება ამყარებდეს შედეგი.
| კვლევა | მოდელი | მეთილენის ლურჯის შეყვანის გზა | რა შენარჩუნდა |
|---|---|---|---|
| ჟანგი და კოლეგები, თაგვის ოპტიკური ნეიროპათია | როტენონით დაზიანებული ცოცხალი თაგვის ბადურა | ტოქსინთან ერთად მინისებრ სხეულში ინექცია | განგლიური უჯრედების შრის სისქე და უჯრედების რაოდენობა 24 საათის შემდეგ |
| დაუდტი და კოლეგები, ვირთაგვის პირველადი განგლიური უჯრედები | კულტურაში იზოლირებული განგლიური უჯრედები | საკვებ არეში გახსნილი, 1-დან 10 მიკრომოლარული კონცენტრაციით | უჯრედების გადარჩენა როტენონის, სტაუროსპორინისა და ჰიპოქსიის ზემოქმედებისას |
| მეკალა და კოლეგები, Harlequin თაგვები და 661W უჯრედები | კომპლექსი I-ის გენეტიკური დეფექტი და ფოტორეცეპტორების მსგავსი უჯრედები | სასმელი წყლით 10 mg/kg დღეში; უჯრედების საკვებ არეში 30 მიკრომოლარული კონცენტრაციით | ფოტორეცეპტორების სტრუქტურა და მიტოქონდრიების მთლიანობა, ATP-ის აღდგენის გარეშე |
ყველა სტრიქონი პრეკლინიკურ კვლევას აღწერს. არცერთ კვლევაში არ ჩაურთავთ პაციენტები, არ გაუზომავთ მხედველობა და არ გამოუცდიათ ოფთალმოლოგიური ფორმულაცია.
რატომ არ არის ეს გლაუკომის მკურნალობა
გლაუკომის მკურნალობა თვალშიდა წნევას ამცირებს. ნეიროპროტექცია განსხვავებულ მიზანს ემსახურება: სტრესის პირობებში განგლიური უჯრედებისა და მათი აქსონების სიცოცხლის შენარჩუნებას. ზემოთ აღწერილი კვლევები მეორე მიმართულებას მიეკუთვნება და არა პირველს. არცერთში არ შეუმცირებიათ წნევა და არცერთში არ შეუდარებიათ მეთილენის ლურჯი წნევის დამწევ მკურნალობასთან. ამიტომ გლაუკომისა და წნევის კონტროლის დამკვიდრებული მიდგომები რედოქს-ნეიროპროტექციისგან ცალკე საკითხად რჩება, ხოლო უჯრედების გადარჩენის შედეგი მხედველობის შენარჩუნებად ვერ ჩაითვლება.
შეყვანის გზებს შორის განსხვავება ამ აზრს კიდევ უფრო ამყარებს. ინტრავიტრეალური ერთდროული ინექცია დაზიანების მომენტში ბადურის გვერდით ცნობილ რაოდენობას ათავსებს. სასმელი წყლით მიღება მთელი ცხოველის ორგანიზმზე თვეების განმავლობაში მოქმედებს, ბადურაში კი კონცენტრაცია უცნობია. საკვები არე უშუალოდ იზოლირებულ უჯრედებზე მოქმედებს. არცერთი მათგანი არ გვაძლევს პროგნოზს, ადგილობრივად გამოყენებული დოზის რა წილი გაივლის რქოვანას, გადაურჩება ცრემლით გამორეცხვას, გაივლის ბროლსა და მინისებრ სხეულს და ბადურის რომელიმე შრეს სასარგებლო კონცენტრაციით მიაღწევს. მიწოდების ეს პრობლემა უფრო ფართო საკითხის ნაწილია — მეთილენის ლურჯის შეყვანის გზები და განაწილება, სადაც თითოეული გზისთვის კონცენტრაციის ცალკე გაზომვაა საჭირო.
ქსოვილებს შორის განსხვავება მეორე დაბრკოლებას ქმნის. საღებავს, რომელიც თვალის წინა ნაწილს აღწევს, ჯერ არ მიუღწევია მისი უკანა ნაწილისთვის, ხოლო კონცენტრაციამ, რომელიც ერთ შრეს ეხმარება, შესაძლოა მეორე დააზიანოს. საცალო ხსნარები არ მზადდება, სტერილდება, ბუფერდება და კონსერვირდება ოფთალმოლოგიური პრეპარატების წესით; რქოვანასა და თვალშიდა ქსოვილებთან კონტაქტისას მნიშვნელოვანია სისუფთავე, pH, ოსმოლალობა და დამხმარე ნივთიერებები. ბადურის ამ კვლევებში არაფერი ამართლებს ასეთი ხსნარების თვალში ან თვალზე გამოყენებას. მომზადების სტანდარტების საკითხები მეთილენის ლურჯის უსაფრთხოებასა და მასთან მოპყრობას უკავშირდება.
სად მთავრდება მტკიცებულებები
ერთობლივად განხილვისას ეს სამი ნაშრომი ვიწრო მტკიცებას ამყარებს: კონტროლირებულ პირობებში მეთილენის ლურჯს შეუძლია ბადურის ნეირონებში მიტოქონდრიული რედოქს-სტრესის შემსუბუქება და მათი სტრუქტურის შენარჩუნება. მტკიცება იქ მთავრდება, სადაც ეს პირობები მთავრდება. ტოქსინით გამოწვეული მოდელები და კომპლექსი I-ის გენეტიკური მოდელები არ წარმოადგენს გლაუკომას, დრუზებს ან დიაბეტურ დაავადებას. დაკვირვების მოკლე პერიოდები და სტრუქტურული შეფასების მაჩვენებლები მხედველობის ხანგრძლივ შენარჩუნებას არ ნიშნავს. ერთ კომპარტმენტში დამცავი კონცენტრაცია კი მეორეში გამოსაყენებელი დოზა არ არის.
უფრო მყარ დასაბუთებას რამდენიმე ცალკეული კომპონენტი დასჭირდებოდა: კლინიკურად გამოსაყენებელი გზით შეყვანის შემდეგ ბადურაში განსაზღვრული ექსპოზიცია, ცხოველებში მხედველობის ფუნქციური შეფასების მაჩვენებლები, გლაუკომისთვის შესაბამის მოდელში წნევაზე დამოუკიდებელი სარგებელი, შემდეგ კი ადამიანებში უსაფრთხოებისა და ეფექტიანობის მონაცემები. სანამ ეს მონაცემები არ არსებობს, მეთილენის ლურჯისა და მხედველობის კავშირი რჩება მკაფიო საზღვრების მქონე კვლევით ჰიპოთეზად: ბადურაში მიტოქონდრიული ფარმაკოლოგიის შესაძლო მოქმედება, რომელიც ნაჩვენებია მხოლოდ უჯრედებსა და ცხოველებში, ისე, რომ ამ კვლევებიდან თვალის მკურნალობაზე გადასვლის საფუძველი არ არსებობს.