Международная команда специалистов во главе с коллегами из Университета Хиросимы разработала разработала методику определения незначительных трансформаций в структуре коллагена кожи, которые происходят на начальных этапах деградации, еще до проявления внешних симптомов. Работа, опубликованная в журнале ACS Nano, продемонстрировала, что молекулярное строение и супрамолекулярная хиральность – то есть пространственная ориентация – коллагена дермы претерпевают изменения задолго до того, как наблюдается уменьшение толщины или разрыв видимых волокон.

Коллаген представляет собой сложную структуру, формирующую упорядоченную сеть, обеспечивающую поддержку и эластичность кожи. Применение стандартных методов визуализации позволяет просто обнаружить заметные дефекты, такие как уменьшение диаметра волокон или нарушение их соединения. Тем не менее, эти изменения свидетельствуют о запущенной фазе перестройки тканей.

«Обычные способы получения изображений позволяют рассмотреть отдельные элементы коллагеновой структуры, однако они могут быть недостаточными для выявления едва заметных сдвигов в их организации», — отметил Али Хайдер, ведущий участник научной работы. «Это можно сравнить с поиском изменений в порядке слов и фраз внутри книги до того момента, как страницы начнут деформироваться или исчезнут».

Для обнаружения этих неочевидных взаимосвязей специалисты объединили современные подходы к оптической визуализации с хироптическим анализом, включая вакуумно-ультрафиолетовый круговой дихроизм на синхронном излучении (SR-VUVCD) и многомерный квантово-каскадный лазерный колебательный круговой дихроизм (MultiD-QCL-VCD). Благодаря этому методу стало возможным установить не только присутствие коллагена, но и его хиральную структурную согласованность в одном образце ткани.

Полученные данные продемонстрировали заметное несоответствие между количеством коллагена и его упорядоченностью: образцы тканей сохраняли общий объем коллагена и характер его распределения даже при существенном уменьшении супрамолекулярной спиральности.

«Суть данной работы заключается в том, что к коллагену следует подходить не просто как к видимой сети волокон, а как к многоуровневому материалу, свойства которого обусловлены организацией на различных масштабах», – отметил Кацуя Иноуэ, преподаватель WPI-SKCM², также внесший вклад в исследование. — Новейшие методы анализа взаимосвязей способны обнаружить изменения в этой скрытой структуре, которые не видны при оценке исключительно внешнего вида».

Задача ученых заключалась в создании всеобъемлющей модели, объединяющей молекулярную хиральность, супрамолекулярное упорядочение и макроскопическую структуру ткани. Это может способствовать разработке новых методов лечения, ускорению регенерации тканей и созданию биоматериалов, позволяя исследователям оценивать состояние тканей до наступления необратимого разрушения на уровне видимых структур.