Международная группа ученых под руководством исследователей из Университета Хиросимы разработала способ выявления едва заметных изменений в коллагене кожи человека на ранних стадиях, до появления каких-либо видимых признаков повреждения. Исследование, опубликованное в ACS Nano, показало, что молекулярная организация и супрамолекулярная хиральность — или структурная направленность — дермального коллагена разрушаются до того, как происходит истончение или фрагментация видимой волокнистой сети.
Коллаген — это иерархический материал, образующий высокоорганизованную сеть, которая поддерживает структуру и механическую прочность кожи. Традиционные методы визуализации позволяют легко выявить видимые изменения, такие как истончение волокон или нарушение их связи. Однако эти структурные нарушения представляют собой поздние стадии ремоделирования тканей.
«Традиционные методы визуализации могут показать "кирпичики" коллагеновой структуры, но они могут не уловить незначительные изменения в их расположении», — сказал Али Хайдер, первый автор исследования. «Это похоже на обнаружение изменений в расположении слов и предложений в книге до того, как какие-либо страницы будут повреждены или отсутствовать».
Чтобы выявить эти скрытые закономерности, команда объединила передовые методы оптической визуализации с хироптической спектроскопией, в том числе вакуумно-ультрафиолетовым круговым дихроизмом на синхротронном излучении (SR-VUVCD) и многомерным квантово-каскадным лазерным колебательным круговым дихроизмом (MultiD-QCL-VCD). Такой подход позволил определить как наличие коллагена, так и его хиральную структурную когерентность в одном и том же физическом срезе ткани.
Результаты показали явное расхождение между массой коллагена и его структурным порядком: образцы тканей сохраняли общее содержание коллагена и его распределение даже после значительного снижения супрамолекулярной хиральности.
«Основная идея 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 на разных длинах волн, — сказал Кацуя Иноуэ, профессор WPI-SKCM², один из авторов исследования. — Современные корреляционные методы могут выявить изменения в этой скрытой организации, которые не очевидны при изучении только морфологии».
Цель исследователей — создать комплексную систему, объединяющую молекулярную хиральность, супрамолекулярную организацию и макроскопическую структуру ткани. Это может дать представление о медицинских вмешательствах, заживлении ран и разработке биоматериалов, позволив исследователям оценивать целостность тканей до того, как произойдет необратимый макроскопический разрыв.
