Ученые разработали и запатентовали технологию синтеза стабильных фосфат-содержащих наночастиц на основе церия, которые ускоряют восстановление поврежденных тканей и предотвращают окислительный стресс в клетках. Также авторы предложили методику получения гибридных цериевых наночастиц в полимерных матрицах, способных нести противомикробный препарат. Разработка может лечь в основу медицинских и косметологических регенеративных средств, ускоряющих заживление ран, ожогов, препятствующих бактериальным инфекциям, а также защищающих кожу от различных повреждающих факторов. Результаты исследования, поддержанного междисциплинарным грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences и журнале Polymers.
В современной медицине востребованы материалы, ускоряющие заживление поврежденных тканей, например, ран, ожогов и хронических длительно незаживающих язв. Одно из наиболее перспективных и быстро развивающихся направлений в этой области — разработка наноматериалов на основе редкоземельных элементов. Исследования последних лет показывают, что в качестве таких материалов перспективны соединения на основе церия. Они проявляют антибактериальные, регенеративные и антиоксидантные свойства, благодаря чему препятствуют заражению ран и стимулируют деление клеток в местах повреждений.
Однако цериевые наночастицы склонны образовывать агрегаты, из-за чего они могут терять полезные свойства. Чтобы использовать такие наноматериалы в составе медицинских средств — лекарств, повязок для ран и косметических антивозрастных средств, — нужно обеспечить не только стабильность наночастиц, но и постоянство их свойств — размера и биологической активности.
Ученые из Сеченовского Университета (Москва), Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова (Москва) с коллегами из ООО «Ланхит» (Москва) разработали технологию синтеза нанокомпозитов на основе фосфата церия и лимонной кислоты, которая выступала стабилизатором. Предложенный подход позволил программировать размер, морфологию и биологические свойства наночастиц.
Авторы в производственных условиях приготовили образцы наночастиц с разным соотношением компонентов — от 1:5 (где лимонной кислоты было в пять раз больше, чем фосфата церия) до 2:1 (где лимонной кислоты было вдвое меньше, чем основного материала наночастиц).
Исследователи проверили антиоксидантные свойства полученных материалов и доказали, что образцы, в которых соотношение фосфата церия и лимонной кислоты было от 1:3 до 2:1, эффективно обезвреживали активные формы кислорода — молекулы, вызывающие окислительный стресс и замедляющие заживление тканей. При этом их действие в 1,5–2 раза превосходило активность аскорбиновой кислоты — сильного природного антиоксиданта. Избыток же лимонной кислоты приводил к тому, что нанокомпозиты, напротив, усиливали окисление, что может иметь потенциал использования, например, для борьбы с опухолями.
Затем ученые провели исследования на культурах клеток и разных видах лабораторных животных, показав эффективность и безопасность разработанного материала: он не вызывал воспалительных реакций и других побочных эффектов, ускорял рост клеток кожи в местах ее повреждения, а также способствовал восстановлению волосяных фолликулов и сальных желез.
Поскольку наночастицы фосфата церия даже в стабилизированном виде сохранили небольшую склонность к агрегации, авторы дополнительно улучшили их свойства, добавив в состав, помимо лимонной кислоты, полимер целлюлозу. Предполагалось, что эти молекулы станут каркасом, удерживающим наночастицы раздельно и позволяющим лучше контролировать их форму, размер и биологическую активность.
Ученые протестировали несколько вариантов целлюлозы в разных концентрациях и получили наночастицы разной формы: от длинных стержней до коротких рыхлых кристаллов. Авторы показали, что каркас из целлюлозы позволяет включить в структуру нанокомпозита носитель, который позволит контролируемо высвобождать лекарство, например, антибиотик. Это даст возможность сделать регенеративный и антимикробный эффект нанопрепарата более сильным и длительным.
«Такая комбинация свойств даст возможность одновременно бороться с инфекцией и окислительным стрессом — двумя ключевыми факторами, мешающими заживлению ран. В настоящее время мы заканчиваем исследования гибридных материалов на моделях полнослойных ран у животных, в том числе инфицированных бактериями, устойчивыми к антибиотикам. Эти и некоторые другие биомедицинские испытания, которые мы проводим, позволят подтвердить возможность церий-содержащий нанокомпозитов стать основой для будущих медицинских средств, востребованных в хирургии, регенеративной медицине и косметологии», — 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.
В исследовании также принимали участие ученые из Курского государственного медицинского университета (Курск) и Университета науки и технологий МИСИС (Москва).
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
