ИСТИНА

Научной проблемой, на решение которой направлен настоящий проект, является оценка патогенного действия наночастиц городской пыли на клетки дыхательных путей человека, а также разработка клеточной модели для оценки защитного действия новых лекарственных препаратов.

Fine suspended particles (particulate matter, PM) of different sizes and nature in the atmospheric air are one of the main environmental factors that threaten human health. These particles are a major pathogen in respiratory diseases such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD), as well as increase the risk of lung cancer and cardiovascular disease. According to the World Health Organization (WHO) air quality guidelines, particulate air pollution is recognized as the most important contributor to a significant proportion of excess mortality worldwide (www.who.int/mediacentre/news/releases/2016/air-pollution-rising). Ecological and epidemiological studies in Russian cities led to the same conclusion (Revich, 2018). The bulk of suspended particles are microparticles with a size of less than 10 microns, the content of which in the air is controlled in all developed countries of the world. In general, in 2018-2019 the average annual concentrations of dust particles at all background stations in the European territory of the Russian Federation amounted to about 16-28 µg/m3, which is significantly lower than the MPC. At the same time, episodic increases in average daily concentrations could exceed 160 µg/m3 (http://www.meteorf.ru/upload/iblock/041/Obzor_2019_Chernogaeva_280620.pdf). However, it should be noted that these data do not at all reflect the situation in heavily polluted regions, such as large cities, industrial zones, mining areas, etc., where the concentration of suspended particles can significantly exceed the MPC. At present, the assessment of the content of suspended microparticles in the air is a routine procedure, and their negative impact on human health has been studied quite well, which is absolutely impossible to say about nanoparticles (particles smaller than 100 nm in size), the study of which is significantly complicated by a number of methodological difficulties in their isolation and analysis due to very low levels in the environment. When studying the pathogenic effect of environmental nanoparticles (including urban dust), a special role is played by particle separation methods that allow one to isolate nanoparticles in amounts necessary for biological research. So far, not enough is known about the pathogenic effect of dust nanoparticles, and MPCs for them have not been developed at all. This problem deserves special attention because nanoparticles have unique physical and chemical properties and extremely high mobility in urban ecosystems compared to microparticles. They have an exceptional ability to absorb toxic substances and elements, and also penetrate much deeper into the respiratory tract, which indicates a possible more pronounced pathogenic effect compared to microparticles. Analysis of the pathogenic effect of dust particles is usually carried out on the basis of epidemiological studies and experiments on laboratory animals. An important global trend in this area is the rejection of the use of animals in favor of in vitro cell cultures, however, in Russia, judging by the lack of scientific publications, such studies are practically not carried out. In vitro studies will allow us to evaluate the pathogenic effect of particles of different sizes and nature on the main types of respiratory tract cells: epithelial cells, macrophages, mast cells and neutrophils. This approach will test the protective effect of a wide range of compounds that can serve as prototype drugs for the treatment of asthma, COPD and other respiratory diseases.

Основные ожидаемые результаты заключаются в изучении элементного состава наночастиц городской пыли, отобранной в зонах с различной антропогенной нагрузкой, в определении патогенного действия наночастиц пыли на клетки дыхательных путей человека, а также в оценке терапевтического действия новых активаторов защитных систем клетки и новых антиоксидантов. Будет исследовано действие наночастиц пыли на (1) повреждение и воспалительную активацию, а также ускоренное старение клеток эпителия дыхательных путей, (2) воспалительный ответ макрофагов, (3) продукцию гистамина тучными клетками, (4) окислительный взрыв, дегрануляцию, синтез лейкотриенов, а также выброс внеклеточных ловушек (НЕТоз) в нейтрофилах. Во всех типах клеток будет оценено развитие окислительного стресса и его роль в клеточных ответах на воздействие наночастиц пыли. Патогенное действие наночастиц пыли, собранной в городских зонах с различной антропогенной нагрузкой, будет сопоставлено с их элементным составом. В клеточных моделях будет исследовано противовоспалительное действие новых активаторов защитных систем клетки и новых антиоксидантов, которые могут служить прототипами новых препаратов, эффективных при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и бронхиальной астме.

Научный коллектив ГЕОХИ РАН под руководством П.С. Федотова занимает лидирующие позиции в области выделения, изучения и количественного анализа нано- и микрочастиц окружающей среды не только в России, но и в мире. Коллективом впервые на основе метода проточного фракционирования частиц во вращающейся спиральной колонке был предложен комплексный подход к выделению и количественному многоэлементному анализу фракций нано- и микрочастиц городской пыли. Основным направлением работы коллектива участников проекта из МГУ является изучение роли митохондрий в воспалении и других физиологических процессах в клетках. Совместно с другими лабораториями МГУ разработаны и исследованы новые митохондриально-направленные соединения. Было показано, в частности, что митохондриально-направленные антиоксиданты ускоряют заживление кожных ран у старых животных и у животных с диабетом второго типа, благодаря выраженному противовоспалительному действию. В дальнейшем было установлено, что эти антиоксиданты эффективно подавляют воспалительную активацию нейтрофилов и тучных клеток. Патологическая гиперактивация нейтрофилов, ведущая к выбросу внеклеточных ловушек, также зависит от митохондрий. В рамках проекта РНФ участниками проекта было исследовано участие митохондрий в воспалительной активации эндотелия.

Полученные результаты являются принципиально новыми и полностью соответствуют мировому уровню исследований. Результаты работ по проекту планируется опубликовать в виде серии статей в отечественных и международных журналах.