Российские ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН) и Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН) совместно с украинскими коллегами из Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного (ИМВ НАНУ) разработали новый способ получения наночастиц оксида вольфрама и испытали их воздействие на биологические объекты. Результаты исследований ученых опубликованы в январском номере Journal of Photochemistry and Photobiology B.
Оксид вольфрама в последнее время привлекает к себе особое внимание ученых и представителей промышленности благодаря широкому спектру его примененияй, в первую очередь в области создания фотохромных и электрохромных устройств. Еще одно очень перспективное направление применения этого материала – биомедицина. Например, оксид вольфрама перспективен для использования в качестве рентгеноконтрастного вещества для компьютерной томографии – незаменимого на сегодняшний день метода визуализации изображения внутренних органов при диагностике многих заболеваний. Кроме того, оксид вольфрама обладает хорошими антимикробными свойствами, особенно при освещении, за счет своей высокой фотокаталитической активности. При этом антибактериальная активность частиц оксида вольфрама увеличивается с их уменьшением размера и существенно зависит от степени гидратации поверхности. Этот материал уже сегодня успешно применяют в качестве фотокатализатора видимой области спектра при очистке и обеззараживании сточных вод.
Химики из ИОНХ РАН и ИМВ НАНУ получили стабильные коллоидные растворы нанодисперсного оксида вольфрама и провели комплексное исследование их физико-химических свойств. Они продемонстрировали фотокаталитические свойства полученных наночастиц на примере реакции фоторазложения красителя индигокармина. Даже при обычном солнечном освещении в присутствии синтезированных наночастиц оксида вольфрама краситель быстро обесцвечивается. При подсветке ультрафиолетом процесс ускоряется многократно даже при низкой концентрации оксида вольфрама.
Биологи ИТЭБ РАН и ИМВ НАНУ исследовали влияние новых наночастиц на различные объекты, включая бактерии -грамположительные (синегнойная палочка) и грамотрицательные (кишечная палочка и золотистый стафилококк), грибы (Candida albicans – возбудитель кандидоза), а также клетки млекопитающих (первичные эмбриональные фибробласты мыши). Научный сотрудник Лаборатории роста клеток и тканей ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Антон Попов рассказывает об этом исследовании: «Мы провели комплексный анализ цитотоксичности наночастиц оксида вольфрама на прокариотических микроорганизмах и эукариотических клетках. Все они обладают разной чувствительностью к воздействию наночастиц. По-видимому, это связано с морфологическими особенностями их клеточных мембран и разным метаболизмом». В своих экспериментах ученые облучали ультрафиолетом в течение разных временных диапазонов клетки, предварительно обработанные разными концентрациями наночастиц оксида вольфрама. После этого оценивали жизнеспособность таких клеток, уровень выработки в них активных форм кислорода и анализировали скорость пролиферации - процесса размножения клеток. Ученые выяснили, что на токсический эффект оксида вольфрама заметно влияют доза наночастиц и длительность облучения ультрафиолетом. Интересно, что небольшие концентрации оксида вольфрама, уже фатальные для бактериальных клеток, оставляют невредимыми эмбриональные фибробласты мыши, что, по-видимому, связано с разной структурой клеточных мембран у про- и эукариот. Но при увеличении дозы оксида вольфрама снижается выживаемость и у эукариотических клеток.
Ученые продолжают свои исследования еще в одном направлении, поскольку уже знают о еще одном замечательном свойстве новых наночастиц: они обладают избирательной токсичностью по отношению к раковым клеткам. Это свойство наночастиц вместе с возможностью использования оксида вольфрама как контрастного агента при компьютерной томографии, позволяет использовать его для тераностики - нового подхода к созданию фармацевтических средств, которые являются одновременно и средством ранней диагностики, и терапевтическим агентом.
Полученные российскими и украинскими учеными экспериментальные данные демонстрируют новые перспективы их применения. Например, покрытия из таких наночастиц можно использовать в целях биобезопастности: они могут найти применение в местах общественного пользования (на транспорте, в супермаркетах, больницах и т.д.). Однако не стоит забывать, что исследования ученых также показывают необходимость четкого контроля при использовании этого вещества во избежание токсического воздействия на человека.
Синтез и исследование химико-биологических свойств наночастиц оксида вольфрама проводили при финансовой поддержке Российского Научного Фонда.
Источник:
Popov A.L., Zholobak N.M., Balko O.I., Balko O.B., Shcherbakov A.B., Popova N.R., Ivanova O.S., Baranchikov A.E., Ivanov V.K. Photo-induced toxicity of tungsten oxide photochromic nanoparticles. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2018, Jan 20;178:395-403
Галерея
