Парацельс утверждал, что яд от лекарства отличает только доза. Исходя из результатов изучения НДЦ, стало понятно, что яд от лекарства отличает еще и размер частиц. Оказалось, что при их размере более 20-30 нм НДЦ биологически инертен, а в интервале 10-20 нм, когда частицы содержат относительно большое количество Сe(IV) на поверхности, они могут проявлять некоторую токсичность. Для медико-биологических целей, которые довольно подробно рассмотрены нами в специальной публикации, наименее токсичны и наиболее активны частицы НДЦ размером 1-10 нм.

Оказалось, что наночастицы диоксида церия спасают клетки от разрушительного действия вирусов. В опытах на культурах клеток (мыши, свиньи, мартышки), инфицированных вирусом везикулярного стоматита, мы обнаружили, что НДЦ проявил противовирусную активность. Объяснить полученный результат можно, если вспомнить, что любой инфекционный процесс связан с образованием АФК. Нарушение окислительно-восстановительного баланса в клетке на фоне вирусных инфекций сопровождается развитием патологических внутриклеточных процессов. Поскольку главное свойство НДЦ — способность регулировать уровень продукции АФК и тормозить развитие окислительной деградации, НДЦ обеспечивает выживание инфицированных клеток.

Золи НДЦ также эффективны против действия таких внешних факторов, которые обычно сопровождаются образованием АФК или свободных радикалов. Мы исследовали влияние НДЦ на УФ — повреждение клеток тех же линий (L929 и VERO), которые испытывались в опытах с перекисью водорода. Выяснилось, что наночастицы диоксида церия (размером 1-2 нм, стабилизированные цитратом натрия) обладают выраженным защитным действием против ультрафиолетового излучения. Максимально эффективным оно было, если золь СеО2 вносили за пять минут до облучения: во всем диапазоне испытанных концентраций обеспечивалась полная защита клеточного монослоя. Если золь добавляли в культуру клеток за 60 и 30 мин до облучения, все клетки остались живыми только при концентрации НДЦ 1.0-2.8 мг/мл. Примечательно, что наночастицы проявляли защитную функцию и в том случае, когда были внесены в клеточную культуру после УФ — воздействия (напомним, такой же результат мы получили с перекисью водорода). В итоге обработки клеток диоксидом церия в диапазоне концентраций 0.35 — 2.8 мг/мл через 30 мин после облучения количество сохранившихся клеток составило от 70 до 100%, а при концентрации 2.8 мг/мл золя СеО2 все клетки остались живыми, несмотря на более позднее (через 60 мин после облучения) добавление золя. Полученные результаты открывают, на наш взгляд, перспективу использования золей НДЦ не только в составе профилактических препаратов, защищающих клетки от УФ-облучения, но и в качестве терапевтических средств для лечения солнечных ожогов. Важно, что, в отличие от традиционных неорганических компонентов (ZnO, ТЮ2), которые используются в УФ — фильтрах, НДЦ практически не обладает фотокаталитической активностью, а солнцезащитные свойства у него не хуже, чем у диоксида титана и оксида цинка.

Чтобы НДЦ можно было применять в медикобиологических целях, необходимо разработать способы доставки его в ту зону организма, где, например, повышено образование АФК или идет активный онкогенез. Для изучения фармакокинетики нужны также методы, которые позволили бы следить за поведением частиц в клетке.

Для адресной доставки можно закрепить на поверхности НДЦ определенные биологически активные соединения (чаще всего используют специфические белки, антитела), а для слежения — люминесцентные. Чтобы этого добиться, необходимо синтезировать сначала «голые» НДЦ (без дополнительных органических стабилизаторов) с положительным зарядом, а потом их модифицировать. Мы научились получать гидротермально — микроволновым способом «голые» частицы СеО2, к которым можно присоединять разные функциональные биомолекулы, в том числе аденозинтрифосфат, флавинмононуклеотид, фолиевую кислоту (витамин В9) и др..

Фолиевая кислота может обеспечить доставку НДЦ в зону его окислительно-восстановительного действия, скажем, при онкогенезе. Отметим, в редокстерапии злокачественных опухолей — нового, многообещающего направления — НДЦ представляется весьма привлекательным. С одной стороны, наночастицы диоксида церия, инактивируя АФК, могут повысить эффективность и облегчить последствия химио — и радиотерапии злокачественных новообразований. С другой стороны, сам НДЦ может оказаться лечебным средством, поскольку его окислительновосстановительные свойства зависят от условий среды, в частности от ее кислотности (величины рН). Если у нормальных тканей величина рН больше 7 (обычно 7.4), то у раковых цитоплазма закислена (рН < 7, вплоть до рН 6). В слабокислой среде НДЦ не только не защищает от окислительного стресса, возникающего, например, при радиотерапии, но и сам становится окислителем (выполняет функцию фермента из группы оксидаз).

Наночастицы с закрепленной на поверхности фолиевой кислотой рано или поздно будут захвачены раковой клеткой и выполнят окислительную функцию. Но только в том случае, если фолиевая кислота закреплена правильно. Самый простой способ проверить положение молекулы, адсорбированной на поверхности частицы, — создать модель системы молекула — частица и определить энергетически выгодные состояния. Или просто посмотреть геометрию частицы и молекулы: не затруднен ли доступ к молекуле (особенно к ее фрагментам, необходимым для связывания с рецептором). Для этого тоже нужна модель в атомных пропорциях. Создав, например, модель кластера Се57Ов6 (это соответствует частице состава иСе2О3) с закрепленной молекулой фолиевой кислоты, можно видеть, что ее расположение отвечает желаемому: птериновый «хвост» направлен в сторону от частицы и свободен для связывания с фолатрецептором.

В начале статьи мы упоминали о накоплении и роли АФК и свободных радикалов при старении организма. Влиянию НДЦ на максимальную продолжительность жизни клеток и целого организма посвящено много работ, их обзор представлен в одной из наших публикаций. Приведенные в литературе данные свидетельствуют, что введение наночастиц CeO2 значительно повышает жизнеспособность целого ряда клеток головного мозга, включая астроциты, нейроны, микроглиальные клетки и олигодендроциты. В присутствии НДЦ морфологические и биохимические характеристики всех этих клеток сохраняются в течение 6 — 8 мес, тогда как в обычных условиях продолжительность жизни аналогичных культур не превышает 26 — 30 дней. Отмечается, что использование микрокристаллического диоксида церия, а также нанокристаллических порошков оксидов других металлов (включая празеодим, лантан, титан и рутений) не приводит к подобному эффекту.

Введением наночастиц CeO2 в пищу плодовой мушки (Drosophila melanogaster) удавалось добиться увеличения ее средней и максимальной продолжительности жизни. Кроме того, вырос и временной период до 50%-й смерти колонии мушек, у группы дрозофил сохранился нормальный геотаксис, обычно снижающийся при старении. В опытах выяснилось, что дозы, в 100 раз превышающие необходимые для увеличения срока жизни, нетоксичны для дрозофилы.

В заключение остается отметить, что необходимость защиты живого от окислительного разрушения с каждым годом возрастает. В ряду веществ и материалов, обеспечивающих антиоксидантную защиту, особое место, судя по множеству работ в этом направлении, принадлежит нанокристаллическому диоксиду церия. Подтверждением тому могут служить его способности регулировать процессы, связанные с образованием АФК и окислительным стрессом, нетоксичность и полифункциональность. Как видно из этой статьи, НДЦ обладает целым рядом уникальных и полезных свойств. Однако, несмотря на успехи применения нанокристаллического диоксида церия в радикальной наномедицине и нанофармацевтике, механизм его действия на биологические объекты досконально еще не изучен. Но, несомненно, этот материал имеет большое будущее.

Процедура регистрации фармацевтической субстанции, которая необходима для последующего использования при производстве готовой лекарственной формы на территории России.

Добавить комментарий