Подписаться

Алхимия «волшебной сажи» — перспективы применения фуллерена C60 в медицине

  • 6213
  • 7,8
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
Новость

В то время как кристаллическая форма фуллерена напоминает обычный уголь, растворы этой молекулы имеют приятный пурпурный оттенок

Молекула «футбольной» формы — фуллерен — кроме своего необычного химического строения обладает еще и биологической активностью. Французские биологи провели над мышами необычный эксперимент — добавляли им в еду фуллерен C60, растворенный в оливковом масле. Результат оказался невероятным: продолжительность жизни мышей возросла практически в два раза!

В 1985 году была открыта молекула, состоящая из 60 атомов углерода, устроенная наподобие футбольного мяча (рис. 1), — фуллерен, названный так в честь инженера Ричарда Фуллера, прославившегося конструкциями именно такой формы. Помимо своей удивительно симметричной формы, эта молекула, являющаяся третьей (после алмаза и графита) аллотропной формой углерода, оказалась чем-то вроде философского камня алхимиков [1]. До последнего времени она не перестает удивлять ученых своей крайне низкой токсичностью [2][3] (особенно по сравнению с чем-то похоже устроенными нанотрубками [4]) и другими удивительными свойствами [5]. Механизмы взаимодействия фуллеренов с клетками пока не ясны, но результат поистине можно назвать волшебством [6].

Фуллерен

Рисунок 1. Фуллерен C60 — молекула, состоящая из 60 атомов углерода (и ничего больше), расположенных так же, как вершины футбольного мяча.

Вот далеко не полный перечень тех свойств, которые заинтересовали медиков и биологов. Фуллерен и его производные можно использовать:

  • для защиты организма от радиации и ультрафиолетового излучения [7][8];
  • для защиты от вирусов [9] и бактерий [10];
  • для защиты от аллергии [11]. Так, в экспериментах in vivo введение производных фуллерена ингибирует анафилаксию у мышей, и при этом токсического эффекта не наблюдается;
  • как вещество, стимулирующее иммунитет [12];
  • как мощный антиоксидант [13], поскольку он является активным акцептором радикалов. Антиоксидантная активность фуллерена сопоставима с действием антиоксидантов класса SkQ («ионов Скулачева») и в 100–1000 раз превышает действие обычных антиоксидантов, таких как витамин Е, бутилгидрокситолуол, β-каротин;
  • как лекарственные препараты для борьбы с раковыми заболеваниями [14][15];
  • для ингибирования ангиогенеза [16];
  • для защиты мозга от алкоголя [17][18];
  • для стимуляции роста нервов;
  • для стимуляции процессов регенерации кожи. Так, фуллерен является важным компонентом косметических омолаживающих средств GRS и CEFINE;
  • для стимуляции роста волос [19];
  • как лекарство с антиамилоидным действием [20].

Помимо этого, фуллерен может использоваться для доставки в клетку различных лекарственных веществ [21] и невирусной доставки в клеточное ядро генетических векторов [22][23].

Казалось бы, куда еще расширять этот список, но недавно он пополнился еще одним, пожалуй, самым удивительным и непонятным, качеством фуллерена C60. При исследовании токсичности фуллерена C60, растворенного в оливковом масле, французские исследователи выяснили, что крысы, регулярно получающие раствор фуллерена C60, живут дольше, чем те, которым давали просто оливковое масло или обычную диету [24].

При этом продолжительность жизни увеличивалась не на какие-нибудь 20–30%, как в опытах с лучшими из «лекарств от старости» (такими как ресвератрол или рапамицин), а не менее чем в два раза [24]! Половина животных, получавших фуллерен, жили до 60 месяцев (самая старая крыса дожила до 5,5 лет). При этом в контрольной группе (с обычной диетой) продолжительность жизни 50% животных составляла 30 месяцев, а самые старые дожили лишь до 37 месяцев. Животные, получавшие оливковое масло без фуллерена, жили немного больше — 50% из них доживали до 40 месяцев, а самая старая крыса дожила до 58 месяцев (рис. 2).

Диаграмма выживаемости крыс

Рисунок 2. Диаграмма выживаемости крыс, получавших: обычную диету (голубая линия), вдобавок к диете оливковое масло (красная) и оливковое масло с растворенным в нем фуллереном C60 (черная линия).

Животворное действие фуллерена C60 авторы статьи приписывают его антиоксидантным свойствам. Однако не исключено, что оно может быть связано со способностью фуллерена C60 взаимодействовать с витамином А [26]. Известно, что ретиноиды (к которым относится и витамин А) играют важную роль в экспрессии ключевых генов иммунной системы, и что локальный синтез ретиноидов, по всей видимости, играет ключевую роль в регуляции эмбриогенеза и регенерации [27][28].

К сожалению, эти опыты были поставлены на небольших группах животных и потому требуют тщательной проверки. Учитывая тот факт, что очищенный фуллерен C60, производимый в России, стоит всего около 1800 рублей за грамм, повторить эти опыты, уточнить дозировки и продолжительность «лечения» не так уж и сложно. Сложнее другое. Будет ли эта «терапия старости» так же эффективна для человека? Ведь люди — не крысы, и есть десятки примеров того, что препарат, очень эффективно действующий в экспериментах на мышах, оказывался совершенно бесполезным (если не вредным!), когда испытания переходили в клинику. Что ж — время покажет. Интересно было бы также сопоставить активность фуллерена C60 по продлению жизни с его многочисленными водорастворимыми аналогами, синтезированными в России в самое последнее время.

Написано по материалам оригинальной статьи [24].

Литература

  1. Елецкий А.В. и Смирнов Б.М. (1993). Фуллерены. УФН. 163, 33–60;
  2. Tomohisa Mori, Hiroya Takada, Shinobu Ito, Kenji Matsubayashi, Nobuhiko Miwa, Toshiko Sawaguchi. (2006). Preclinical studies on safety of fullerene upon acute oral administration and evaluation for no mutagenesis. Toxicology. 225, 48-54;
  3. Szwarc H. and Moussa F. (2011). Toxicity of 60fullerene: confusion in the scientific literature. J. Nanosci. Lett. 1, 61–62;
  4. Невидимая граница: где сталкиваются «нано» и «био»;
  5. Riccardo Marega, Davide Giust, Adrian Kremer, Davide Bonifazi. (2012). Supramolecular Chemistry of Fullerenes and Carbon Nanotubes at Interfaces: Toward Applications. Supramolecular Chemistry of Fullerenes and Carbon Nanotubes. 301-347;
  6. Пиотровский Л.Б. (2010). Наномедицина как часть нанотехнологий. «Вестник РАМН». 3, 41–46;
  7. Corey A. Theriot, Rachael C. Casey, Valerie C. Moore, Linsey Mitchell, Julia O. Reynolds, et. al.. (2010). Dendro[C60]fullerene DF-1 provides radioprotection to radiosensitive mammalian cells. Radiat Environ Biophys. 49, 437-445;
  8. Andrievsky G.V., Bruskov V.I., Tykhomyrov A.A., Gudkov S.V. (2009). Peculiarities of the antioxidant and radioprotective effects of hydrated C60 fullerene nanostructuresin vitro and in vivo. Free Radic. Biol. Med. 47, 786–793;
  9. Tadahiko Mashino, Kumiko Shimotohno, Noriko Ikegami, Dai Nishikawa, Kensuke Okuda, et. al.. (2005). Human immunodeficiency virus-reverse transcriptase inhibition and hepatitis C virus RNA-dependent RNA polymerase inhibition activities of fullerene derivatives. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 15, 1107-1109;
  10. Zongshun Lu, Tianhong Dai, Liyi Huang, Divya B Kurup, George P Tegos, et. al.. (2010). Photodynamic therapy with a cationic functionalized fullerene rescues mice from fatal wound infections. Nanomedicine. 5, 1525-1533;
  11. J. J. Ryan, H. R. Bateman, A. Stover, G. Gomez, S. K. Norton, et. al.. (2007). Fullerene Nanomaterials Inhibit the Allergic Response. The Journal of Immunology. 179, 665-672;
  12. Yingying Xu, Jiadan Zhu, Kun Xiang, Yuankai Li, Ronghua Sun, et. al.. (2011). Synthesis and immunomodulatory activity of [60]fullerene–tuftsin conjugates. Biomaterials. 32, 9940-9949;
  13. Najla Gharbi, Monique Pressac, Michelle Hadchouel, Henri Szwarc, Stephen R. Wilson, Fathi Moussa. (2005). [60]Fullerene is a Powerful Antioxidant in Vivo with No Acute or Subacute Toxicity. Nano Lett.. 5, 2578-2585;
  14. Zhiyun Chen, Lijing Ma, Ying Liu, Chunying Chen. (2012). Applications of Functionalized Fullerenes in Tumor Theranostics. Theranostics. 2, 238-250;
  15. Fang Jiao, Ying Liu, Ying Qu, Wei Li, Guoqiang Zhou, et. al.. (2010). Studies on anti-tumor and antimetastatic activities of fullerenol in a mouse breast cancer model. Carbon. 48, 2231-2243;
  16. Huan Meng, Gengmei Xing, Baoyun Sun, Feng Zhao, Hao Lei, et. al.. (2010). Potent Angiogenesis Inhibition by the Particulate Form of Fullerene Derivatives. ACS Nano. 4, 2773-2783;
  17. Artem A. Tykhomyrov, Victor S. Nedzvetsky, Vladimir K. Klochkov, Grigory V. Andrievsky. (2008). Nanostructures of hydrated C60 fullerene (C60HyFn) protect rat brain against alcohol impact and attenuate behavioral impairments of alcoholized animals. Toxicology. 246, 158-165;
  18. Григорьев В.В., Петрова Л.Н., Иванова Т.А., Бачурин С.О. и др. (2011). Исследование нейропротекторного действия гибридных структур на основе фуллерена С60. «Изв. РАН серия Биологическая». 2, 163–170;
  19. Zhiguo Zhou, Robert Lenk, Anthony Dellinger, Darren MacFarland, Krishan Kumar, et. al.. (2009). Fullerene nanomaterials potentiate hair growth. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 5, 202-207;
  20. A. G. Bobylev, A. B. Kornev, L. G. Bobyleva, M. D. Shpagina, I. S. Fadeeva, et. al.. (2011). Fullerenolates: metallated polyhydroxylated fullerenes with potent anti-amyloid activity. Org. Biomol. Chem.. 9, 5714;
  21. Наномедицина будущего: трансдермальная доставка с использованием наночастиц;
  22. Alejandro Montellano, Tatiana Da Ros, Alberto Bianco, Maurizio Prato. (2011). Fullerene C60 as a multifunctional system for drug and gene delivery. Nanoscale. 3, 4035;
  23. Кузнецова С.А. и Орецкая Т.С. (2010). Нанотранспортные системы адресной доставки нуклеиновых кислот в клетки. «Российские нанотехнологии». 5 (9–10), 40–52;
  24. Tarek Baati, Fanchon Bourasset, Najla Gharbi, Leila Njim, Manef Abderrabba, et. al.. (2012). The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60]fullerene. Biomaterials. 33, 4936-4946;
  25. Пиотровский Л.Б., Еропкин М.Ю., Еропкина Е.М., Думпис М.А., Киселев О.И. (2007). Механизмы биологического действия фуллеренов — зависимость от агрегатного состояния. «Психофармакология и биологическая наркология». 7 (2), 1548–1554;
  26. Fathi Moussa, Ste´phane Roux, Monique Pressac, Eric Ge´nin, Michelle Hadchouel, et. al.. (1998). In vivo reaction between [60] fullerene and vitamin A in mouse liver. New J. Chem.. 22, 989-992;
  27. Elwood Linney, Susan Donerly, Laura Mackey, Betsy Dobbs-McAuliffe. (2011). The negative side of retinoic acid receptors. Neurotoxicology and Teratology. 33, 631-640;
  28. Lorraine J. Gudas. (2012). Emerging roles for retinoids in regeneration and differentiation in normal and disease states. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids. 1821, 213-221.

Комментарии