В ЮФУ узнали, как фуллерены можно будет использовать в биомедицине
Эксперименты с фуллереном C₆₀, перспективными для антиоксидантной терапии и доставки лекарств наночастицами, провели ученые Академии биологии и биотехнологии (АБиБ) им. Д. И. Ивановского Южного федерального университета (ЮФУ), 20 января сообщает пресс-служба вуза.
Фуллерены представляют собой наночастицы, состоящие из 20 и более атомов углерода. Поводом для исследования стал интерес ростовских исследователей к статье Баати, Муссы и соавторов, опубликованной в 2012 году, в которой французские ученые сообщали, что в проведенных ими экспериментах на мышах им удалось с помощью введения им фуллерена C₆₀ увеличить продолжительность жизни этих животных почти в два раза. Однако получить такой результат в последствии не смог никто.
Старший научный сотрудник АБиБ ЮФУ Владимир Чистяков предположил, что причиной этого могут быть метаболиты бактерий, обитающих в ЖКТ мышей: если одни из них увеличивают биодоступность фуллерена, то другие могут снижать. Эту гипотезу экспериментально подтвердил коллега Чистякова младший научный сотрудник АБиБ ЮФУ Сергей Емельянцев.
Исследование антиоксидантных свойств фуллерена C₆₀ показало их необычность: у него нет соответствующих функциональных групп, отвечающих за антиоксидантные свойства, таких как –OH у полифенолов или –SH у глутатиона, естественного внутриклеточного антиоксиданта. Однако он способен присоединять радикалы.
Также оказалось, что биодоступность C₆₀ и другие его биологические свойства зависят от примененного растворителя. Поэтому получение противоположных результатов при использовании C₆₀ как антиоксиданта могло определяться использованием исследователями разных, в т. ч. токсичных, растворителей.
Ростовские ученые выбрали в качестве солюбилизатора (поверхностно-активное вещество, способствующее растворению труднорастворимых ингредиентов в жидкости) бактериальный метаболит сурфактин.
Сергей Емельянцев рассказал о проведенном исследовании: «Я подобрал концентрации и режимы приготовления суспензий фуллерена в сурфактине и придумал использовать микропланшетный ридер для определения концентраций ПАВ, которые бы не убивали бактерий и не снижали скорость их роста».
Результаты экспериментов показали, что производимый бактериями Bacillus subtilis сурфактин эффективно повысил биодоступность фуллеренов, которые получили возможность проникать через клеточные мембраны, и улучшил их антиоксидантную эффективность.
«Использование сурфактина для растворения фуллеренов в воде — это ключевой момент нашего исследования, — пояснил Емельянцев. — Этот бактериальный метаболит не только растворяет наночастицы, но и способствует их лучшему усвоению организмом. Для живых клеток сурфактин оказался значительно менее токсичным, чем традиционные химические растворители, что открыло перед нами новые перспективы».
Исследователи отмечают, что сурфактин и другие вещества, которые в нашем кишечнике производят полезные бактерии, могут помочь в улучшении проникновения лекарств и наночастиц в ткани организма. В своих дальнейших исследованиях ученые ЮФУ намерены изучать другие метаболиты бактерий, которые могут обладать аналогичными свойствами. Они уже проверяют различные вещества, производимые бактериями, на антиоксидантные свойства и способность защищать ДНК.
Также исследователи предполагают, что фуллерены можно будет использовать как для разработки эффективных методов доставки лекарств, так и в комплексных терапиях, например, при лечении алкогольной нейропатии. А в перспективе использование фуллеренов и их взаимодействия с микробиотой кишечника может стать новым направлением в лечении многих заболеваний.
«Я положительно отношусь к нанотехнологиям в медицине. Мы уже видим успехи в фармакологии с коллоидными растворами, которые по сути являются частью нанотехнологий, — рассказал Емельянцев. — Перспективы велики: от адресной доставки лекарств до применения в фотодинамической терапии и как сорбентов. В будущем мы можем ожидать значительный прорыв в лечении многих заболеваний».
Результаты исследования ученые представили в статье «Солюбилизатор бактериального происхождения сурфактин повышает биологическую активность фуллерена С₆₀» (Solubilizer of bacterial origin surfactin increases the biological activity of C₆₀ fullerene), опубликованной в журнале Biotechnology and Applied Biochemistry.
