Ученые обнаружили самые ранние скрытые признаки старения кожи

Фото из открытых источников

Задолго до появления морщин или истончения кожи, под поверхностью уже начинают происходить невидимые процессы. Новые исследования показывают, что молекулярная структура коллагена кожи начинает разрушаться задолго до появления каких-либо видимых признаков повреждения. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Полученные результаты представляют собой потенциальную систему раннего предупреждения о деградации кожи, которую существующие методы визуализации просто не способны выявить. Группа исследователей из Университета Хиросимы обнаружила, что молекулярная организация и супрамолекулярная хиральность нарушаются еще до того, как видимая сеть коллагеновых волокон начнет истончаться или фрагментироваться. К тому моменту, когда повреждения становятся видимыми под микроскопом, лежащая в их основе архитектура зачастую уже некоторое время находится в состоянии разрушения.

Коллаген образует высокоорганизованную, слоистую сеть, которая придает коже структуру и механическую прочность, подобно строительным лесам, поддерживающим здание. Традиционные методы визуализации хорошо справляются с выявлением очевидных признаков ухудшения состояния, таких как истончение волокон и потеря связи между ними. 

Однако эти видимые признаки старения кожи проявляются только тогда, когда процесс ремоделирования тканей уже достаточно продвинулся. Это означает, что повреждения, обнаруженные с помощью обычных инструментов, представляют собой конечную стадию гораздо более длительного процесса разрушения, а не его начало.

«Один из способов осмыслить наши результаты — это показать, что традиционные методы визуализации могут отображать «кирпичи» коллагеновой структуры, но при этом могут упускать из виду тонкие изменения в расположении этих кирпичей», — сказал ведущий автор исследования Али Хайдер из Хиросимского университета. «Это похоже на обнаружение изменений в расположении слов и предложений в книге еще до того, как страницы окажутся поврежденными или отсутствующими».

Чтобы обнаружить этот скрытый слой разрушения, команда объединила передовые методы оптической визуализации с хирооптической спектроскопией. В число использованных методов вошли вакуумно-ультрафиолетовый круговой дихроизм с применением синхротронного излучения и многомерный квантовый каскадный лазерный вибрационный круговой дихроизм. 

Сочетание этих методов позволило исследователям одновременно картировать как физическое присутствие коллагена, так и лежащую в его основе хиральную структурную когерентность в одном и том же участке ткани.

Такое двойное картирование оказалось крайне важным, поскольку оно выявило то, что обычные методы визуализации полностью бы упустили. Наблюдалось явное расхождение между физическим количеством присутствующего коллагена и тем, насколько хорошо этот коллаген был организован на более глубоком структурном уровне.

Результаты показали отчетливое расхождение между массой коллагена и его структурной упорядоченностью. Образцы тканей сохранили общее содержание коллагена и физическое покрытие даже после того, как лежащая в их основе надмолекулярная хиральность — более глубокая структурная организация, удерживающая все вместе, — уже сильно разрушилась.

На практике это означает, что участок кожной ткани может выглядеть совершенно нормальным при стандартной визуализации, в то время как внутренняя молекулярная структура, ответственная за фактическую функцию этой ткани, уже разрушается под поверхностью. По сути, видимая волоконно-оптическая сеть вышла из строя последней, а не первым предупреждающим сигналом, как предполагали исследователи.

«Главный посыл этой статьи заключается в том, что коллаген следует рассматривать не только как видимую сеть волокон, но и как иерархический материал, функция которого зависит от организации в различных масштабах», — сказал соавтор исследования профессор Кацуя Иноуэ. «Наше исследование показывает, что передовые корреляционные методы могут выявить изменения в этой скрытой организации, которые не видны только по морфологическим признакам».

Такое переосмысление имеет важное значение для того, как ученые в целом думают о здоровье тканей. Вместо того чтобы рассматривать коллаген просто как присутствующий или отсутствующий, неповрежденный или фрагментированный, данное исследование предполагает, что его фактическая функция зависит от гораздо более тонкого уровня молекулярной организации. Такая организация может незаметно приходить в упадок, в то время как все обычные показатели состояния тканей на первый взгляд остаются совершенно нормальными.

Более масштабная цель исследователей — создать всеобъемлющую концепцию, которая объединит молекулярную хиральность, надмолекулярную организацию и макроскопическую архитектуру тканей в единую, целостную картину состояния здоровья тканей.

В случае реализации эта концепция может принести реальную пользу в области медицинских вмешательств, исследований заживления ран и разработки биоматериалов, предоставив исследователям возможность оценивать целостность тканей задолго до того, как произойдет какое-либо необратимое макроскопическое разрушение.

Если этот подход удастся усовершенствовать и подтвердить, он сможет предоставить исследователям способ обнаружения деградации тканей задолго до того, как традиционные методы визуализации выявят видимые повреждения. Это может улучшить исследования старения кожи, заживления ран и биоматериалов, позволяя выявлять незначительные структурные изменения на более ранней стадии. Вопрос о том, приведет ли эта методика в конечном итоге к созданию новых диагностических инструментов или более раннему вмешательству, остается предметом будущих исследований.