Ученые доказали, что три варианта наночастиц оксида церия разного состава не только безопасны для организма, но и эффективно защищают клетки от избыточного окисления и мутаций. При этом действие частиц несколько отличалось: одни из них лучше боролись с перекисью водорода (вариант активных форм кислорода), а другие преимущественно препятствовали повреждениям ДНК. Благодаря этому их можно использовать в медицине при создании препаратов для заживления ран и борьбы с воспалением. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Наночастицы оксида церия (наноцерий) — перспективные в биомедицине объекты, поскольку проявляют антиокислительные и противовоспалительные свойства. Благодаря этому такие наночастицы можно использовать для лечения трудно заживающих ран и язв, а также подавления воспалений в организме. Однако долгое время вопрос их безопасности для человека оставался неизученным, ведь из-за очень маленького размера наночастицы могут проникать в клетки и, возможно, наносить им вред. Большинство исследований, в которых ученые тестировали безопасность наноцерия, проводилось в пробирке или на клеточных культурах. Эксперименты на лабораторных животных до сих пор были немногочисленны из-за их сложности и дороговизны. Поэтому ученые ищут более простые, но не менее надежные способы исследования таких частиц.
Ученые из Сеченовского Университета (Москва), Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова (Москва), Южного федерального университета (Ростов-на-Дону), и Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (Москва) исследовали безопасность наночастиц оксида церия с помощью бактериальных биосенсоров. Это клетки кишечной палочки, в которые искусственно «встроили» гены светящихся белков. Яркость их свечения меняется в зависимости от окружающих условий: например, в ответ на повреждение ДНК или присутствие сильных окислителей (перекиси и супероксид-радикала) она падает, поскольку клетки начинают гибнуть.
Именно этот эффект авторы использовали, чтобы оценить токсичность наноцерия. В культуру бактерий они поместили небольшое количество наночастиц, после чего в течение двух часов измеряли свечение клеток. При этом авторы использовали три популярных варианта наночастиц: покрытые лимонной кислотой (цитратом) или полисахаридом декстраном, а также не имеющие покрытия.
Оказалось, что ни один из вариантов наночастиц не повлиял на сообщество бактерий, поскольку свечение культур практически не менялось. Авторы протестировали с помощью бактериальных биосенсоров также антиоксидантные свойства наноцерия и его способность препятствовать мутациям в ДНК. Для этого в культуры бактерий дополнительно внесли перекись водорода и вещество-мутаген. Лучше всего окисление подавляли наночастицы с лимонной кислотой: они уменьшили повреждение клеток, вызываемое перекисью, на 65,6%. В экспериментах с мутагеном наноцерий позволил частично (с эффективностью до 56%) избежать повреждения генетического материала в клетках.
«Мы не только доказали безопасность разных вариантов наночастиц оксида церия, но и продемонстрировали их мощные антиоксидантные и антимутагенные свойства. При этом оказалось, что эффект разных наночастиц несколько отличается, поэтому для различных практических применений стоит выбирать определенный их состав. В целом такие наноматериалы могут помочь в лечении хронических ран и язв, а также воспалительных заболеваний печени и дегенеративных болезней сетчатки. В дальнейшем мы планируем продолжать исследования, необходимые для начала клинических исследований создаваемых препаратов. В частности, уже через неделю у нас начнется эксперимент на животных с лечением ран, инфицированных антибиотикорезистентными штаммами бактерий. Это важный вопрос, так как постоянно звучащая тема устойчивости микроорганизмов добавляется в нашем случае и к проблеме необходимости добиться безрубцового заживления раны с сохранением всех функциональных слоев кожи. Кроме того, антиоксидантные и антимутагенные свойства разрабатываемых продуктов полезны для создания не только регенеративных и антимикробных продуктов, но и для средств защиты от разных форм радиации. В декабре прошлого года мы совместно с НИИ ядерной физики МГУ имени М.В. Ломоносова начали космическую часть эксперимента с отобранными биосенсорами по методам защиты живых организмов при длительных космических полетах. Наземная часть исследования и первые месяцы испытаний в условиях космоса уже показали обнадеживающие результаты», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Силина, доктор медицинских наук, профессор кафедры патологической физиологии, заведующая лабораторией науки о жизни МГМУ имени И.М. Сеченова.
Ранее ученые разработали гель, ускоряющий заживление ран в два раза эффективнее, чем популярная мазь декспантенол. В его основе лежит природный коллаген и наночастицы оксида церия. Такой состав обеспечивает антиоксидантный и противовоспалительный эффект материала.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
