Сегодня - 07.08.2020

Российские ученые изучили биологическую активность углеродных наноструктур

23 января 2019
 
Исследователи Сибирского федерального университета и Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» изучили биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения. Исследование поможет глубже понять свойства этих материалов, что необходимо для начала широкого использования наноструктур в науке и технике. Работа опубликована в Journal of Soils and Sediments. Исследование получило развитие в новой работе, посвященной антиоксидантным свойствам фуллеренолов.
 
Ученые давно и подробно изучают свойства углеродных наноструктур, но до сих пор остается большое количество вопросов, которые необходимо решить, прежде чем широкое использование наноматериалов станет возможным. В настоящем исследовании ученые сравнивали токсическое и антиоксидантное действие водорастворимых углеродных наноструктур естественного и искусственного происхождения, а именно гуминовых веществ и фуллеренола — представителя группы производных фуллерена C-60.
 
Фуллеренолы — полигидроксилированные производные фуллеренов, перспективные в современных медицинских, биологических и химических технологиях. Эти соединения могут быть использованы в качестве компонента композиционных биоматериалов, антибактериальных, противогрибковых и противовирусных средств. В настоящее время накоплены данные как о биологической активности, так и о токсичности этих соединений. 
 
Гуминовые вещества — компонент органического вещества природных вод и почв. Они образуются в результате разложения органических веществ в почве и донных отложениях. В процесс образования гуминовых веществ вовлекается около 20 Гт углерода в год — это второй по масштабности после фотосинтеза процесс трансформации органического вещества в окружающей среде. Известно, что гуминовые вещества, наряду с другими функциями, выполняют в природных условиях роль детоксицирующих агентов. В последнее десятилетие препараты на их основе все чаще используются для детоксикации загрязненных водоемов и сточных вод промышленных предприятий. Способность гуминовых веществ снижать токсичность водных растворов является предметом интереса для многих исследователей.
 
Важнейшая особенность биологически активных веществ — их вовлеченность во всю сложную систему сопряженных процессов в организмах. В настоящее время их тестирование проводится с использованием не только много- и одноклеточных организмов, но и систем оценки эффективности элементарных физико-химических процессов, в частности миграции электрона. 
 
Для оценки токсичности и антиоксидантных свойств гуминовых веществ и фуллеренолов красноярские ученые использовалиферментативный биолюминесцентный биотест. Содержание активных форм кислорода (АФК) в растворах оценивали люминольным хемилюминесцентным методом.
 
Оба типа веществ показали токсические и антиоксидантные свойства, однако количественные характеристики их воздействия были разными. Исследователи выявили, что более высокой токсичностью обладают гуминовые вещества (наноструктуры естественного происхождения), детоксицирующие концентрации фуллеренолов (наноструктуры искусственного происхождения) оказались ниже. Было показано, что антиоксидантная способность гуминовых веществ растет во времени. Предварительная 50-минутная инкубация в растворах окислителя была предложена как оптимальная для процедуры детоксикации. Антиоксидантный эффект фуллеренолов, напротив, не зависел от времени. Различия в токсических эффектах и антиоксидантной активности ученые объяснили структурой соединений. Подвижность фрагментов гуминовых макромолекул определяет их диффузионные ограничения (в процессах связывания компонентов ферментативной системы в растворе), которые приводят к более высокой токсичности и зависимости их антиоксидантной способности от времени. Таким образом, гуминовые вещества можно назвать «мягкими» природными детоксикантами: эффективность детоксикации гуминовыми веществами растет во времени, но не превышает 50 %.
 
В своей статье ученые показали высокий потенциал люминесцентного ферментативного биотеста для изучения биологической активности наноструктур естественного и искусственного происхождения. «В настоящее время разрабатываются физико-химические, биохимические и клеточные основы для биолюминесцентных биотестов, направленных на оценку антиоксидантной активности биологически активных соединений. Продемонстрирован высокий потенциал биолюминесцентной ферментативной системы для изучения биологической активности ультраразбавленных растворов. Высокая скорость анализа, чувствительность, воспроизводимость, возможность приборной регистрации и количественной оценки токсичности обеспечивают более высокую надежность биологических измерений», — прокомментировала результаты соавтор статьи, аспирант ИБФ ФИЦ КНЦ СО РАН Екатерина Сергеевна Ковель.
 
В своей новой работе ученые исследовали биологическую активность ряда фуллеренолов с разным количеством гидроксильных ОН-групп, а именно их токсичность и антиоксидантную активность. Более низкая токсичность и более высокая антиоксидантная активность были продемонстрированы для фуллеренолов с меньшим числом кислородсодержащих заместителей. Различия в свойствах фуллеренолов связаны с их способностью изменять баланс активных форм кислорода в водных растворах. Токсическое действие перспективного металл-фуллеренола с атомом гадолиния (гадолиний включен в углеродный каркас фуллеренола) объясняли большим количеством гидроксильных групп. Результаты исследования позволят прогнозировать свойства водорастворимых производных фуллеренов, что чрезвычайно важно для создания новых фармацевтических препаратов на их основе.
 
Пресс-служба СФУ
 
Поделись с друзьями: 

Система Orphus