Представьте себе, что спасателям, которые рискуют получить дозу радиоактивного облучения, делают укол с суспензией наночастиц, предохраняя таким образом организм от гибели. Пока это кажется фантастикой, но ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ) в Пущино ведут исследования именно в этом направлении. Они изучают действие наночастиц диоксида церия на клетки живого организма. В статье в октябрьском выпуске журнала «RSC Advances» коллектив ученых под руководством Антона Попова показал, что облученные мыши выживают, если у них в клетках есть наночастицы.
Диоксид церия широко используют в промышленности: в сенсорах, антикоррозионных покрытиях, как абразив. А если частички этого соединения сделать очень малыми — нанометрового размера (это 10 в минус 9-й степени), то они приобретают совершенно замечательные свойства, интересные для медицины. Наночастицы диоксида церия становятся сильными антиоксидантами, то есть нейтрализуют активные формы кислорода. Активные формы кислорода — свободные радикалы, ионы кислорода — постоянно образуются в процессе метаболизма в живых клетках, но иногда их слишком много, и они начинают клетки убивать. Вот почему в последние годы так популярны стали продукты питания, косметика с антиоксидантами.
Свободные радикалы в избыточном количестве образуются в клетках, к примеру, при рентгеновском облучении или радиотерапии. Ученые пытаются понять, как можно защитить организм от разрушительного действия радиации, но панацеи пока нет. Ученые из ИТЭБ РАН предлагают обратить внимание на наночастицы диоксида церия — CeO2. Сначала они экспериментировали с фибробластами — клетками соединительной ткани, взятыми у мышей. В них вводили наночастицы диоксида церия, которые скапливались в цитоплазме и лизосомах, а затем клетки облучали в рентгеновской установке и оценивали их выживаемость. Оказалось, что облученные клетки с наночастицами CeO2 внутри погибали в два раза реже, чем в контрольном эксперименте.
Затем ученые сделали укол с наночастицами мышам, облучили их смертельной дозой и увидели, что 60% из них выжили. А все потому, что клетки костного мозга у животных лучше сохранялись. Как считают ученые, наночастицы диоксида церия захватывали свободные радикалы и переводили их в более безопасные для клеток соединения. Они также предполагают, что в клетке, куда ввели наночастицы, действует еще один защитный механизм: диоксид церия, возможно, поглощает излучение своей поверхностью, тем самым минимизируя вред.
У авторов работы есть предположение и о третьем защитном механизме наночастиц CeO2, который включается в уже поврежденной излучением клетке. Если наночастицы вводили мышам после облучения, то выживали 40% подопытных. «Эти наночастицы, вероятно, могут влиять на различные внутриклеточные сигнальные пути, способствуя восстановлению ДНК, — говорит Антон Попов, сотрудник лаборатории роста клеток и тканей. — Если ДНК повреждена незначительно, допустим, разорвана только одна его нить, то ДНК-полимеразы могут восстановить молекулу. В самой клетке заложены процессы нейтрализации вредного ионизирующего излучения и восстановления повреждений. А наночастицы диоксида церия помогают этим процессами».
Чтобы наночастицы диоксида церия стали биоактивными, их нужно синтезировать особым способом. Это умеют делать в Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН в Москве. Эксперименты с клетками костного мозга и животными проводили совместно с группой цитогенетики лаборатории клеточной инженерии ИТЭБ РАН под руководством Светланы Игоревны Заичкиной.
Успешные результаты вдохновили ученых продолжить работу. Теперь они собираются подробно исследовать, как именно наночастицы диоксида церия помогают восстанавливать ДНК, поврежденную излучением. Кроме того, их занимает вопрос о том, как долго наночастицы могут находиться в клетках, каким образом выводятся и как их пребывание влияет на организм. Эти вопросы пока представляют собой белые пятна для науки.
Источник: Radioprotective effects of ultra-small citrate-stabilized cerium oxide nanoparticles in vitro and in vivo, RSC Adv., Anton Popov, Svetlana Zaichkina, Nelly Popova, Olga Rozanova, Sergey Romanchenko, Andrey Smirnov, Olga Ivanova, Elena Mironova, Irina Selezneva and Vladimir Ivanov. 31 October 2016
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra18566e#!divAbstract
Контакты для журналистов:
Антон Попов, младший научный сотрудник лаборатории роста клеток и тканей ИТЭБ РАН, 8-926-957-43-77, antonpopovleonid@gmail.com
Татьяна Перевязова, пресс-секретарь ИТЭБ РАН, 8-903-224-46-31, iteb-press@yandex.ru
Галерея
