Гели внутри нас, или снова о сверхмалых дозах

Сперва редакция «Химии и жизни» сомневалась, браться ли за эту тему. Неприятно слышать обвинения в антинаучности. Но в конце концов мы решили, что эта история поучительна сама по себе, даже если отвлечься от научных (или антинаучных) проблем. Такое может случиться с каждым исследователем. Работаешь спокойно, получаешь полезные результаты, публикуешь статьи, и вдруг объект твоей работы начинает нарушать законы. Новые бесспорные данные, несколько раз перепроверенные, вступают в противоречие с аксиоматикой науки, компрометируют авторов перед коллегами и начальством...

Все началось в 1977 году, с благополучно защищенной кандидатской диссертации. В.П. Ямскова из НИИ по биологическим испытаниям химических соединений (сейчас сотрудник Института биологии развития им. Н.К. Кольцова) выбрала темой работы гликопротеины (белки с пришитыми цепочками углеводов) из печени и легкого крыс. Эти гликопротеины, по-видимому, отвечали за сцепление клеток, да к тому же обладали способностью замедлять синтез ДНК. Все это подтвердилось экспериментально. Ткани печени и легкого в присутствии этих веществ были более устойчивы к механическому разрушению, а клетки после разрушения стремились снова объединиться в комплексы. Но все эти эффекты выявлялись при концентрациях белка порядка 1е-7 — 1е-10 миллиграммов гликопротеина на миллилитр раствора. При большем количестве активного вещества эффектов не было.

Странно, особенно если учесть, что в живом организме — в межклеточном пространстве, из которого выделяли эти самые гликопротеины, — их концентрация должна быть как минимум в тысячи раз больше. Пришлось предположить, что активные концентрации занижены по техническим причинам, например из-за того, что методы количественного определения белка не приспособлены для гликопротеинов.

Однако дальнейшие исследования эту ошибку не исправили. И гликопротеины, которые присутствовали в работе 1977 года, и их «родственники», открытые впоследствии, проявляли активность в сверхмалых дозах. Многократные разведения тканевых экстрактов повышали прочность клеточной мембраны, укрепляли связи между клетками, предотвращали развитие рака. (Идея о противораковом применении была естественной, ведь растущая опухоль, как правило, тем или иным способом разрыхляет прилежащую ткань.) Активными оказались концентрации менее 1е-7 мг/мл, или порядка 1е-11 — 1е-19 М. Аллопатия, гомеопатия, заряженная вода и прочее в этом роде.

Невозможное лекарство

Можно было, вероятно, забыть еретические вещества как страшный сон и заняться чем-нибудь другим. Однако странные результаты — тоже результаты, и отказываться от них жалко. Да и унизительно, если на то пошло. Можно было продолжать исследования до тех пор, пока механизм действия загадочных гликопротеинов не будет раскрыт полностью. Но это проще сказать, чем сделать. До сих пор никому не удавалось дать четкое экспериментальное обоснование лечебного действия сверхмалых доз. В аллопатию и гомеопатию кто-то верит, а кто-то не верит, но вера и неверие — плохие аргументы для комиссий, распределяющих гранты, и редакций научных журналов.

Был еще и третий путь: исследовать сами эффекты. Если у вас есть вещества, которые восстанавливают связи между клетками, медицинское применение напрашивается само собой. Во- первых, эти вещества должны активно работать на регенерацию: помогать при заживлении ран, при всевозможных язвах и эрозиях. А во-вторых, химические сигналы, координирующие функции клеток и тканей, распространяются именно в межклеточном пространстве. Естественно предположить, что существуют болезни, причина которых — нарушения в «проводящей среде». Тогда вещество, восстанавливающее межклеточные структуры, может оказаться самым эффективным лекарством.

Возможно, история гликопротеинов развивалась бы по-иному, если бы муж исследовательницы не работал в лаборатории биополимеров ИНЭОСа. И.А. Ямсков как химик, имевший опыт изучения и разработки лекарственных препаратов, тоже заинтересовался необычными веществами. Эксперименты на животных давали обнадеживающие результаты. Не было никаких препятствий для проведения клинических испытаний. С точки зрения официальной медицины раствор любого белка в концентрации 1е-15 М — это обыкновенная вода, столовая ложка которой уж точно не повредит больному. Задача облегчалась тем, что гликопротеины не обладали ярко выраженной видоспецифичностью: экстракты из тканей крысы действовали на клетки мышей, из тканей крупного рогатого скота — на человеческие клетки. (Хотя действие было тканеспецифичным: экстракт печени действовал на печень, но не на легкое.)

Бычьи гликопротеины для лекарственных целей были получены, охарактеризованы и в стерильных условиях разбавлены до сверхмалых концентраций. А дальше началось самое интересное. Препарат из сыворотки крови, получивший название «Адгелон», высоко оценили специалисты из отделения спортивно-балетной травмы ЦИТО им. Н.Н. Приорова. По их оценкам, сверхмалые дозы гликопротеина в растворе прекрасно стимулируют регенерацию костной и хрящевой ткани, а гель, содержащий сверхмалые количества того же гликопротеина, заживляет раны. Кроме того, многих пациентов (хотя и не всех) «Адгелон» избавил от симптомов язвы. «Адгелон» в виде глазных капель приглянулся окулистам (МНТК «Микрохирургия глаза», НИИ глазных болезней им.Гельмгольца). Он успешно прошел клинические испытания и применяется уже более 5 лет: способствует аккуратному заживлению роговицы после механической травмы или ожога. Другой препарат, «Сеталон», содержит гликопротеин из сетчатки глаза быка и способствует восстановлению зрения после отслойки сетчатки или оперативных вмешательств, а также снимает усталость глаз. Производит эти препараты (и готовит к производству новые) основанная в 1991 году лаборатория физиологически активных биополимеров, которую возглавляет И.А. Ямсков.

Парадоксальная ситуация, не правда ли? Лекарство вошло в клиническую практику, врачи довольны и платят производителям деньги, в лабораторию то и дело заглядывают знакомые и знакомые знакомых, чтобы попросить чудо- раствор, помогающий от язвы или от болей в глазах... и при этом действовать препарат не может. И физика, и биология запрещают раствору 1е-15 М лечить что бы то ни было.

Гипотезы, теории...

А точно ли есть лечебный эффект? Похоже, что да. Пациенты могут поддаться внушению, могут ошибаться и врачи, но у измельченной печени эффекта плацебо не бывает. Навряд ли и мыши, принимающие экстракт, стараются не болеть раком из чистой симпатии к экспериментаторам. Конечно, было бы неплохо провести подробные исследования каждого из эффектов: например, взять несколько десятков мышей, крыс или морских свинок, нанести каждому животному не слишком жестокую травму и далее строгими биолого-медицинскими методами определять скорость заживления и прочность рубцов в опытной и контрольной группах. Но эксперименты со свинками и крысами стоят денег: помимо расходов на содержание животных нужна как минимум одна зарплата лаборанту, который за ними ухаживает. А денег на изучение мнимых растворов никто не дает.

Но даже если эффект есть — откуда он берется, если в столовой ложке раствора, скорее всего, нет ни единой молекулы этого самого гликопротеина? Каким образом проглоченный раствор действует на коленный сустав, а закапанный в глаз — на глазное дно? (Сетчатка, напомним, с поверхности глаза недоступна.) И как получается, чтопри больших концентрациях гликопротеина эффект пропадает?

Теория, объясняющая факты, у авторов открытия, конечно, имеется. Если в растворе нет ничего, кроме воды, остается предположить, что лечебное действие оказывает вода. Но не просто вода, а вода, побывавшая в контакте с гликопротеином. Допустим, что молекулы воды при этом группируются в особые кластеры. Допустим также, что эти кластеры очень стойкие — не разрушаются даже в жестких условиях человеческого желудочно-кишечного тракта. Уже два эти первых допущения звучат как-то сомнительно: устойчивая надмолекулярная структура, казалось бы, должна быть распространенной. Если это не так, значит, водная структура, порожденная гликопротеинами, представляет собой некий локальный энергетический минимум.

Итак, водные кластеры попадают в желудок. Им нипочем высокая концентрация соляной кислоты, они благополучно преодолевают гликокаликс, попадают в клетку эндотелия и в плазму крови. Что же дальше? А дальше они распространяются по организму и рано или поздно попадают в структуру, аналогичную той, из которой получен «родительский» гликопротеин: в межклеточное пространство некоего органа.

О том, что представляет собой внеклеточный матрикс (сокращенно ВКМ), небиологи, да и многие биологи, знают мало. Элементарная единица живого — клетка, на нее и направлено всеобщее внимание. Межклеточное пространство, по самому распространенному мнению, заполнено водно-белковым «цементом», связующим веществом, которое удерживает клетки вместе и придает ткани определенную форму и прочность. Это, конечно, правильно, но это не вся правда. Во-первых, структуры, образующие этот цемент, очень разнообразны: одних межклеточных контактов — небольших «застежек», соединяющих две конкретные клетки, — насчитывается около десяти видов. Во-вторых, многие белки ВКМ на самом деле прикреплены к клеточной мембране или даже пронизывают ее насквозь: хвост в доме, голова на улице. Это бывает нужно не только для прочного сцепления, но и для передачи сигнала внутрь клетки.

Сейчас ученые многое знают о том, как в каждом конкретном случае передается сигнал от мембраны и дальше, известны цепочки веществ-посредников от гормона до фермента, чью работу он регулирует. Однако менее понятно, как идет сигнал по трехмерной структуре органа, от кровеносного капилляра до клеток-адресатов. Вряд ли это происходит в результате обычной диффузии: молекулы продвигались бы слишком медленно по щелям шириной десять—двадцать микрометров, заполненным упругим «холодцом». Придумывались разные модели ускоренной передачи сигнала: от простейших химико-механических, вроде тимуровского телефона, в котором роль бечевок и консервных банок играли белки ВКМ, до более сложных, учитывающих тонкие межмолекулярные взаимодействия. Но в любом случае межклеточное пространство — не пассивная проводящая среда.

Сигналы в холодце

Можно предположить, что белки ВКМ погружены в своего рода «малый матрикс»: гель, образованный водой и молекулами гликопротеинов. Очень вероятно, что от состояния этого геля (скажем, от локальных переходов гель/золь) зависят и проводящая способность межклеточного пространства, и прочность соединения клеток. За состояние геля как раз и отвечают гликопротеины. Их припасено с избытком, «запасные» молекулы непрочно прикреплены к мембране или объединены в комплексы (но переходят в раствор при экстракции, чем и объясняются высокие концентрации в экстрактах, во много раз превышающие активные). Может произойти какое-либо нарушение синтеза гликопротеина: например, у мышей со склонностью к опухолеобразованию гликопротеины отличаются от нормы составом углеводных цепочек. Тогда изменяется и структура геля. Возможно, кластеры воды из мнимого раствора, достигнув межклеточного пространства, восстанавливают эту структуру, примерно так, как затравка в перенасыщенном растворе вызывает кристаллизацию.

Здесь возмутятся термодинамики. Кто давал биологам право на такие сравнения? Вы вообще-то понимаете разницу между кристаллом и жидкостью? Кластер, выстраивающий окружающую воду в кластеры, — это все равно, как если бы две игральные карты, стоящие шалашиком, заставляли всю колоду построиться в карточный домик! А если допустить, что ваши кластеры обладают таким замечательным свойством, зачем их вообще транспортировать по организму? Почему вся вода в организме не реструктурируется после единственного приема мнимого раствора и не сохраняется в таком состоянии навсегда? И так далее.

Однако нельзя забывать, что вода в биологических системах — не просто вода, а белковый раствор. Физико-химические свойства воды в органах и тканях могут модулироваться особыми белками: и гликопротеинами Ямсковых, и, вероятно, не только ими. Допустим еще одну не такую уж еретическую мысль: описывать поведение воды в организме иногда удобнее в терминах жидкокристаллического состояния. Что, если в геле межклеточного пространства возможна «кристаллизация воды», невозможная в стакане? Ведь молекулы воды там упорядочены. Да и плазма крови, по-видимому, не просто жидкость: напомним, что действующее вещество «Адгелона» было получено именно из крови.

Упорядоченность водных структур, которая возникает на полярных молекулах белка (скажем, в виде гидрофильных «шуб»), вероятно, не слишком жесткая, она может создаваться, разрушаться и возникать заново. Но это не так уж плохо: прекращение сигнала за счет временного снижения проводимости может быть дополнительным способом регуляции. А кроме того, при разрушении структуры (переходе гель —> золь), по-видимому, должна возрастать скорость диффузии: один сигнальный механизм сменяется другим.

Но все это философия. А можно ли придумать эксперимент, который подтвердил бы или опроверг наши рассуждения?