Однако можно сделать всё гораздо быстрее и дешевле. Если поднапрячься. В смысле — подать напряжение.

Начнём издалека.

С электролизом вы должны быть знакомы со школьной скамьи. Положительные ионы движутся к отрицательно заряженному электроду, отрицательные — к положительному. Происходят реакции согласно ряду электрохимического напряжения металлов, бла-бла-бла, держи свой трояк за четверть. Если не касаться практического применения и получения всякого прикольного дерьма типа концентрированной перекиси, гальванических покрытий и тяжёлой, мать её, воды, то всё достаточно скучно.

А вот если мы запихнём в водный раствор решётку? А если увеличим размер частиц? А зачем накуривать осу?

Затем.

Как-то раз в начале XIX века один учёный херр Фердинанд-Фридрих Рейс вместе с другим учёным хером Петром Ивановичем Страховым обнаружили, что коллоидные частицы могут двигаться в жидкой среде под воздействием электрического поля. Конкретно же они увидели, что подача напряжения на влажную глину через водяной столб вызывала перемещение частиц глины и образование суспензии в воде. Сие явление окрестили электрофорезом.

Электрофорез оказался на диво полезной штукой. Им оказалось весьма удобно осаждать рассеянные в воздухе частицы, что сильно упростило жизнь трудяг химтеха. Им можно троллить детей постсовка (байт на комми-срач х2), приглашая на физпроцедуры сомнительной эффективности. Им можно троллить сторонников докмеда, приглашая детей постсовка на физпроцедуры сомнительной эффективности.

Ну и самое главное — им можно делить смеси белков.

Белки, как и большая часть биомолекул, в растворе имеют заряд, следовательно, могут двигаться к противоположно заряженному электроду. Очевидно, что скорость движения частицы будет пропорциональна её заряду. Можно ли добавить что-то ещё? Конечно. Помните, я говорил про решётки и воду? Оказывается, что раствор — понятие весьма растяжимое. Рейс и Страхов вообще использовали жидкую глину. Мы же для фореза белков будем использовать гель. Ещё можно использовать капилляры, целлюлозные мембраны, хроматографические колонки, даже небо, даже Аллаха, но мы будем использовать гель.

Потому что он простой, дешёвый и классный. И у него есть нужная нам пространственная структура. А именно — решётка из макромолекул с ячейками подходящего размера, заполненными дисперсионной средой — просто водичкой фиксированной кислотности, в простонародье буфером. В роли макромолекул возьмём крахмал, агарозу и полиакриламид, благо они дешевы, устойчивы к высокому напряжению и обладают ячейками подходящего размера. И вот эти вот ячейки как раз нам и дают последний недостающий элемент — способность разделять белки по размеру.

Как это всё работает на практике? Или хотя бы на пальцах?

Представьте себе московское метро в час пик. Ленивая сонная масса толпится возле эскалаторов, но там и тут сквозь неё прут отдельные опаздывающие граждане. И, кхм, сила гражданского прения зависит от двух факторов: наглости индивида и его размера. Мелкий и напористый пролезет дальше, пухленький и скромный — застрянет. Белки будут двигаться похожим образом: крупные молекулы, как и крупные граждане, будут застревать в ячейках пространственной решётки, а мелкие протиснутся дальше. Наглые ублюдки тоже пролезут глубже — подобно тому как белки с большим зарядом будут дальше продавлены электродами.

Ладно, пора выходить из подземки убогих ассоциаций в реальный мир. На Менделеевской, фить-ха!

Попробуем для начала разделить белки по массе. На всякий случай напомню, что для макромолекул масса эквивалентна размеру. Для этого нам нужно сначала нивелировать эффект заряда, так что сварим наши белки сначала в восстанавливающей среде, а потом в додецилсульфате натрия (SDS). Такая обработка позволит нам игнорировать денатурирование белков — потому что, кхм, денатурирует их все, везде и сразу до первичной линейной структуры. Заодно SDS связывается с белками, обеспечивая им равномерный поверхностный отрицательный заряд. Вносим нашу смесь белков в полиакриламид (PAG) и добавим красителя, чтобы можно было оценить ход электрофореза. Включаем напряжение — и вуаля! Теперь наши белки будут двигаться в геле пропорционально логарифму собственной молекулярной массы. По размеру и количеству окрашенных пятен можно будет оценить как количество, так и массу белков в смеси. Анализ немудрёно называется SDS-PAGE, где до значения буковки E автор предлагает догадаться дотошному читателю самостоятельно.

Окей, а что делать с белками примерно одного размера? Делить их по заряду, конечно. У каждого белка есть такая изоэлектрическая точка — значение pH среды, при котором молекула не несёт никакого поверхностного заряда. И, в отличие от загадочной точки G, эту можно найти. Модифицируем наш гель: с помощью буферов и такой-то матери создадим градиент кислотности на его поверхности. Двигаясь под напряжением в таком геле, наш белок тупо остановится в зоне pH, соответствующей его изоэлектрической точке. Потому что нет у него больше никакого заряда — двигать нечего. Метод весьма чувствителен и позволяет делить белки, отличающиеся в значении pH изоэлектрической точки всего на сотую долю единицы.

Ну хорошо, а дальше что? Да что угодно! Всего после этих двух анализов перед вами простирается русское электромагнитное поле экспериментов. Можете изолировать белки, устанавливать количество денситометрией, искать нужный белок вестерн-блоттингом, заняться аминокислотным анализом, оптимизировать метод анализа и упороться с хроматографией — можете делать вообще всё, что угодно. Ещё раз: Всё. Что. Угодно. — ведь вместо злоебучей белковой смеси у вас теперь аккуратненькие красивенькие индивидуальные протеиновые пятнышки. Удовольствие, а не работа.

Короче, электрофорез — база. Не потому, что его на изичах можно сделать на кухне в холодце... А, не, погодь — именно поэтому. Именно потому, что это настолько просто и доступно, современная биохимия, так сказать, буквально начинается с электрофореза. С него, родимого, начинают анализ белковых смесей подавляющее количество лабораторий — и уже только потом кумекают, что делать дальше. Или тупо делят без всякого анализа, потому что препаративный форез тоже работает как часы. Стоит ли говорить, что ушлые медики тоже взяли анализ на вооружение и теперь, чтобы запомнить электрофоретическую альбуминограмму, кидают плотную джамбу?

Ах да, вы думаете, про холодец я ради красного словца приписал? Наивные. Вот вам ссылка на чувака, который отринул низменное, принял сверхчеловеческое — и поставил электрофорез в холодце. В натуральном, мать его, холодце. С красителями, экстрагированными из M&M’s, и охлаждающей системой из мороженой гавайской смеси. И всё сработало.

Так что в следующий раз, когда вы засунете на кухне электроды в желешку, на ласковый вопрос родителей «Что ты делаешь, придурошный?» можете смело отвечать: «Science, bitch!»

P.S. За количество звёздлюлей, выписанных читателю в ходе кухонных экспериментов, ни автор, ни администрация ответственности не несут — но покекают над вами с удовольствием.

Автор - Илья Пахомов

Ещё нас можно читать в ВК, телеге и Дзене

Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые посты!

Электрофорез в рамках физиотерапии предлагают для лечения многочисленных патологий как в государственных поликлиниках, так и в частных медицинских центрах. Мы решили проверить, имеет ли этот метод доказанную научную эффективность.

Спойлер для ЛЛ: электрические импульсы действительно могут улучшать всасывание некоторых препаратов, но для этого они должны соответствовать определённым критериям. Лечение внутренних органов с помощью электрофореза на данный момент представляется сложно реализуемым. Однако эксперименты показывают, что этот метод имеет большой потенциал — например, в онкологии

Электрофорез (он же ионофорез) — это неинвазивный метод введения лекарственных средств через кожные покровы с помощью электричества. Таким методом учреждения здравоохранения предлагают лечить заболевания нервной системы (менингит, менингоэнцефалит, энцефалит, энцефалопатию, последствия черепно-мозговых травм и нарушения мозгового кровообращения), желудочно-кишечного тракта (гастрит, язвенную болезнь, колит, синдром раздражённого кишечника), сердечно-сосудистой системы (гипертонию, мерцательную аритмию, ишемическую болезнь), дыхательной системы (бронхиальную астму, пневмонию, хроническую обструктивную болезнь лёгких), офтальмологические, стоматологические, гинекологические и ЛОР-заболевания, травмы, артриты, артрозы и переломы.

Большинство лекарственных препаратов — это слабые органические кислоты или основания, существующие в водной среде в неионизированной или ионизированной формах. Первые обычно жирорастворимы и поэтому легко проникают через клеточные мембраны, вторые, напротив, почти не растворяются в жирах, но растворимы в воде, и их заряженные ионы не могут преодолеть электрический барьер на границах тканей. Для облегчения этого процесса и предлагают процедуру электрофореза — пропитанную лекарством ткань помещают на неповреждённый участок кожи, а поверх накладывают два электрода. Когда через электроды пропускают электрический ток, напряжение между ними обеспечивает дополнительный потенциал и ионы в лекарстве, как предполагается, обретают способность проникнуть через кожу в кровь и дальше, к нужному органу. По сути, электроды должны работать как трамплин, придающий веществам достаточное ускорение.

Однако далеко не любое вещество подойдёт для электрофореза. Во-первых, эта процедура неприменима для «доставки» неионизированных препаратов, которые не несут в себе ионов. Второе ограничение — размер молекулы. Чем он больше, тем сложнее молекуле преодолеть чрескожный барьер. Сложнее всего доставить пептиды и макромолекулы, а также препараты на основе ДНК и малых интерферирующих РНК. При этом лекарства, размер молекулы которых и так мал, могут преодолевать чрескожный барьер без дополнительного ускорения. Например, так работают трансдермальные пластыри — гормональные (с эстрадиолом или тестостероном), против укачивания (со скополамином), для преодоления никотиновой зависимости и обезболивания (с фентанилом). На сегодняшний день 15 веществ и пять комбинаций препаратов доступны для трансдермального введения. То есть, чтобы лекарства были эффективны именно для электрофореза, они должны обладать определённым размером молекулы (около 1000 Дальтон).

Доказательств эффективности электрофореза в терапии различных заболеваний не так много. По информации Национальной медицинской библиотеки (США), его применение именно как метода лечения оправданно только в случае гипергидроза (сильной потливости в области ладоней, подошв или подмышек). При этом для лечения этого заболевания в процессе электрофореза используется не лекарство, а обычная вода. Предположительно, электрический ток изменяет сигналы нервной системы, которые чрезмерно стимулируют потовые железы. Обычно для достижения выраженного эффекта требуется 10–12 сеансов, затем пациент делает процедуры реже.

Хотя электрофорез и предлагается в качестве варианта терапии при заболеваниях многих внутренних органов, заряженные ионы лекарства просто не имеют шанса добраться до места планируемого воздействия. Это подтверждают эксперименты по разработке систем доставки с помощью электрофореза высокотоксичных лекарств для терапии некоторых видов рака. На добровольцах проведены соответствующие испытания по использованию этого метода в терапии злокачественных образований, находящихся на поверхности кожи. 25 из 26 пациентов с базальноклеточной карциномой и плоскоклеточным раком, принявших участие в эксперименте, вышли в стойкую ремиссию. В опытах с животными электрофорез применялся для лечения ретинобластомы (новообразования сетчатки глаза), опухолей мочевого пузыря и поджелудочной железы. Эти эксперименты также показали значительное уменьшение опухолевого процесса, однако только если электроды помещались непосредственно в поражённый орган. В противном случае концентрации действующего вещества было недостаточно даже для торможения процесса деления патологических клеток, не говоря уже об уменьшении опухоли.

Иными словами, электрофорез, применяемый в онкологии, существенно отличается от того, который обычно предлагают в поликлиниках и частных центрах. Не исключено, что применение этого метода в терапии злокачественных новообразований — новый шаг в лечении рака, однако клинические испытания ещё продолжаются.

В случае с опухолью поджелудочной железы электрод имплантировали крысам непосредственно в опухоль в рамках хирургического вмешательства. Для терапии рака мочевого пузыря электродами оборудовали катетер Фолея, который вводился животным через уретру в мочевой пузырь. Источник

Электрофорез также активно продвигают как средство для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата, в частности с помощью препаратов из класса хондропротекторов. Однако они, во-первых, в принципе не имеют доказанной эффективности, а во-вторых, их молекулы слишком велики (8000 — 16 000 Дальтон) для доставки в организм с помощью электрофореза. Согласно данным Кокрейновских обзоров, электрофорез не помогает при болях в шее, во вращательной манжете плеча или при адгезивном капсулите (образовании избыточной рубцовой ткани в плечелопаточном суставе). Как дополнение к стандартному лечению, состоящему из упражнений и криотерапии, электрофорез с диклофенаком (популярным нестероидным противовоспалительным препаратом) не показал эффективности при тендините плечевого сустава по сравнению с плацебо. Вместе с тем электрофорез с лидокаином и дексаметазоном при подошвенном фасциите (воспалении соединительной ткани, поддерживающей свод стопы) дал результаты, схожие с ударно-волновой терапией — спустя шесть недель применения любого из двух методов боль проходила. Однако с учётом возможного рецидивирующего характера заболевания долгосрочная эффективность обоих способов терапии пока не оценена. Аналогичная методика (электрофорез с лидокаином и дексаметазоном) также облегчила боль у пациентов с латеральным эпикондилитом («теннисным локтем»). Электрофорез только с лидокаином оказался эффективным в облегчении спастики у пациентов с ДЦП. Эти данные согласуются с тем, что лидокаин, как и более сильный фентанил, хорошо всасывается через кожу и оказывает обезболивающее действие — более узконаправленное в случае с лидокаином и генерализованное в случае с опиоидным фентанилом.

Также существуют отдельные свидетельства эффективности электрофореза в косметологии. Процедуры с витамином С могут улучшать внешний вид атрофических рубцов после акне. Однако эти данные требуют дополнительных доказательств, а эффективность электрофореза для других косметологических проблем не имеет и подобных недостаточных подтверждений.

Таким образом, электрические импульсы действительно могут улучшать трансдермальное всасывание некоторых препаратов, но для этого они должны соответствовать определённым критериям. При этом повлиять с помощью этого метода на внутренние органы можно, только разместив электроды аппарата в непосредственной близости от зоны воздействия. Поэтому лечение внутренних органов с помощью электрофореза в настоящий момент представляется сложно реализуемым. При ряде заболеваний опорно-двигательного аппарата он может облегчать боль, но не лечить. На сегодняшний день электрофорез хорошо зарекомендовал себя исключительно для борьбы с гипергидрозом. Однако эксперименты на животных показывают, что у такого метода введения лекарства есть большой потенциал — например, в онкологии.

Изображение на обложке: MedClinic

Наш вердикт: большей частью неправда

Другие проверки

Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и во Вконтакте

В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла)

Аудиоверсии проверок в виде подкастов c «Коммерсантъ FM» доступны в «Яндекс.Подкасты», Apple Podcasts, «ЛитРес», Soundstream и Google.Подкаст