Ученые Иркутского института химии (ИрИХ) СО РАН совместно с сотрудниками Иркутского государственного аграрного университета (ИрГАУ) создали нанокомпозиты, защищающие клетки печени при поражениях свободными радикалами.
«В биомедицине есть проблема поражения всех живых клеток и особенно клеток печени — гепатоцитов — свободными радикалами. Последние возникают в организме при проникающей радиации, практически всех отравлениях, а также гепатитах, других заболеваниях и вызывают деструкцию клеточных мембран. С высокой долей вероятности это приводит к циррозу печени», — сообщил заведующий лабораторией функциональных наноматериалов ИрИХ СО РАН Борис Сухов.
Если же, по его словам, свободные радикалы и образующиеся под их воздействием продукты перекисного окисления липидов мембран поражают органеллы и ядро клетки, то нарушается сам ее генетический код.
«Она начинает воспроизводиться дефектно (это чревато высоким риском развития рака печени) или вовсе теряет способность к делению (это также приводит к циррозу)», — пояснил ученый.
Также очень опасным для человека может стать и сильное отравление, при котором количество свободных радикалов в организме может значительно увеличиться.
«Тогда развивается острый токсический гепатит с одновременным поражением всех структурных компонентов гепатоцитов, который, как правило, приводит к неотвратимой и быстрой смерти», — сказал Сухов.
В настоящее время для защиты печени от свободных радикалов используются так называемые антиоксиданты — «молекулярные ловушки», которые перехватывают радикалы и не дают им достичь мембраны, органелл и ядра гепатоцитов. Однако действуют они только системно — распределяются кровотоком по всему организму (оказывая разнообразные побочные эффекты на отдельные органы и системы), а в печень поступает совсем мало таких веществ. Поэтому, как полагают ученые, более эффективным был бы антиоксидант, который привязывается исключительно к клеткам печени и имеет локальное пролонгированное действие непосредственно на гепатоциты. Именно такую задачу и поставили перед собой ученые ИрИХ СО РАН.
«Оказалось, что для использования в качестве антиоксидантов как нельзя кстати подходят наночастицы селена. В зависимости от своего размера каждая из них состоит из тысяч и десятков тысяч атомов. Под действием свободных радикалов связь атомов селен-селен внутри наночастицы легко разрывается, и тогда каждый из них становится способным перехватывать по радикалу», — рассказал Сухов.
Таким образом, в отличие от молекулярных антиоксидантов, где одна молекула вещества может перехватывать только один радикал, наночастица селена может вновь и вновь атаковать эти неустойчивые атомы.
Впрочем, нужно еще «доставить» и «привязать» синтезированную наночастицу селена к клеткам печени. Эти функции взял на себя полисахарид каррагинан.
«Галактозосодержащие полисахариды способны связываться с клетками печени и удерживаться на них, более того — проникать через мембрану и попадать внутрь клетки. Кроме того, каррагинан дешев (поскольку в больших количествах добывается из красных морских водорослей), безвреден для организма и давно широкомасштабно используется при производстве пищевых продуктов», — говорится в статье издания СО РАН «Наука в Сибири».
К настоящему времени иркутские исследователи уже проверили защитное действие наночастиц селена в полисахаридной каррагинановой оболочке на модели токсического гепатита у мышей. Для этого с помощью четыреххлористого углерода у грызунов был смоделирован окислительный стресс, соответствующий тому, что происходит в организме человека при отравлении многими токсинами, в том числе алкоголем, этиленгликолем и угарным газом. На первом этапе изучалось профилактическое действие препарата. То есть сначала мышам из экспериментальной группы вводился селеновый нанокомпозит, а уже после — смертельная доза четыреххлористого углерода. Животные из контрольной группы подвергались только воздействию токсина. В результате последние погибли от острого отравления, а большая часть мышей, которым ввели защитный наноселеновый препарат, выжила.
«У них произошла достаточно мощная гепатозащита, то есть предполагаемый нами перехват радикалов, который предотвратил развитие смертельных поражений. Это также подтверждается и микроскопическими патоморфологическими исследования клеточных тканей печени», — сказал Борис Сухов.
Затем ученые исследовали терапевтическое действие селенового нанокомпозита на основе каррагинана на уже «отравившихся» мышах. Для этого грызунам из обеих групп сначала ввели смертельную дозу токсичного четыреххлористого углерода, а спустя некоторое время экспериментальной группе — наночастицы селена, контрольной группе ничего не вводилось. Мыши из контрольной группы не пережили эксперимент, тогда как во второй группе многие выжили. Хотя выживаемость животных была более низкой, чем в профилактическом опыте.
Исследование проводилось в рамках молодежного гранта Российского научного фонда (РНФ) «Разработка новых низкодозных антиоксидантных гепатопротекторных препаратов наноселена с целевой доставкой к клеткам печени и пролонгированным действием» под руководством старшего научного сотрудника лаборатории функциональных наноматериалов ИрИХ СО РАН кандидата химических наук Марины Лесничей. Результаты опубликованы в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
Пока что, как отмечает Борис Сухов, ученые находятся на этапе доклинических исследований потенциального гепатопротектора: необходимо еще показать требуемые терапевтические эффекты биологической активности, а также посмотреть, как препарат будет нейтрализовать другие опасные вещества.
«Часть из этих работ уже сделана. Так, в сотрудничестве с Восточно-Сибирским институтом медико-экологических исследований (ВСИМЭИ, Ангарск) и Институтом геохимии имени А.П. Виноградова СО РАН (Иркутск) мы установили острую токсичность и некоторые другие токсикологические параметры. Сейчас совместно с ВСИМЭИ проводится полный комплекс детализированных исследований, направленных на выяснение отсроченной токсичности, а также особенностей воздействия селеновых нанокомпозитов на головной мозг», — пояснил исследователь.
Если в ходе доклинических испытаний на животных ученые не выявят серьезных побочных эффектов, то смогут перейти к клиническим исследованиям на добровольцах, в рамках которых им нужно будет подобрать безопасную дозировку, а также установить параметры клинической фармакокинетики и фармакодинамики препарата.
