​Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали новое перспективное применение биолюминесцентных биотестов: с их помощью можно исследовать свойства наноструктурных материалов. Используя методы, основанные на свечении морских бактерий и их ферментативных реакций, специалисты оценили и сравнили токсичность и антиоксидантную активность наночастиц — фуллеренолов, водорастворимых производных фуллеренов, и выяснили, что эти свойства зависят от количества кислородсодержащих заместителей на их поверхности. Такие исследования позволят прогнозировать свойства наноматериалов еще на этапе их синтеза.

Углерод — один из наиболее удобных и перспективных химических элементов для создания наноструктур. Уже сегодня открыты такие формы существования углерода, как фуллерены, нанотрубки, нановолокна, наноалмазы, графен. Ученые предполагают, что среди прочего их можно применять для адресной доставки лекарств, помещая препараты внутрь наночастиц, или для создания высокочувствительных маркеров, способных обнаруживать серьезные болезни на ранней стадии.
 
Проекты с применением наноматериалов в медицине и фармакологии пока не выходят за стены лабораторий, так как не до конца поняты механизмы действия этих мельчайших структур. Одна из часто возникающих проблем — токсичность наночастиц; закономерности проявления которой не всегда понятны. Из-за такой неопределенности и недостаточной изученности применение углеродных наночастиц затруднено. У исследователей пока нет полной уверенности в безопасности таких медицинских препаратов.
 
Красноярские биофизики предложили применять биолюминесцентные тесты для оценки токсичности и антиоксидантной активности углеродных наночастиц. Ученые проверили этот метод на фуллеренолах — водорастворимых производных фуллеренов. Они представляются перспективными для создания антибактериальных, противогрибковых, противовирусных, противораковых средств и компонентов композиционных биоматериалов. В своей работе исследователи не только определили, от каких структурных особенностей фуллеренолов зависят их свойства, но и разработали принципы подбора наноматериалов для синтеза медицинских препаратов.
 
Для исследования свойств наноматериалов на клеточном и биохимическом уровнях красноярские ученые предлагают использовать два типа биотестов, созданных на основе клеток светящихся морских бактерий и выделенных из них ферментов. Применение таких биотестов делает оценку токсичности и антиоксидантной активности крайне простой и быстрой. Если свечение в эксперименте уменьшается, то образец токсичен, так как он подавляет клеточные процессы и замедляет биохимические реакции, отвечающие за него. Если после помещения наноматериала в растворы токсикантов окислительной природы, происходит активизация биолюминесценции, это говорит о проявления антиоксидантных свойств и детоксикации среды.
 
Используя биолюминесцентные тесты, ученые выяснили, что токсичность и антиоксидантная активность фуллеренолов зависит от количества присутствующих в них кислородсодержащих заместителей. Если в структуре фуллеренола имеется много таких заместителей, то он проявляет большую токсичность и слабую антиоксидантную активность. Уменьшение количества заместителей снижает токсичность и увеличивает антиоксидантную активность фуллеренола.
 
К примеру, специалисты рассмотрели модифицированную молекулу фуллеренола с внедренным внутрь атомом гадолиния и большим количеством кислородосодержащих заместителей. Препараты гадолиния перспективны для диагностики онкологических заболеваний благодаря особым парамагнитным свойствам этого металла. Однако токсичность таких лекарств является проблемой для их использования. По оценке ученых, чтобы снизить токсичность фуллеренола, содержащего гадолиний, во время синтеза следует уменьшить количество кислородных заместителей.
 
«Мы исследовали токсичность и антиоксидантную активность фуллеренолов с различным числом кислородосодержащих заместителей, используя клеточный и ферментативные биолюминесцентные тесты. Выяснилось, что фуллеренолы с меньшим количеством кислородосодержащих заместителей не так токсичны, как фуллеренолы с большим количеством кислородосодержащих заместителей. Чтобы снизить токсичность мы рекомендуем уменьшить количество кислородсодержащих групп, присоединенных к углеродному каркасу. Наша работа показывает, что биолюминесцентные тесты можно использовать для сравнения и выбора углеродных наночастиц с определенными токсическими и антиоксидантными характеристиками», — рассказала одна из участниц исследования, аспирант ФИЦ КНЦ СО РАН Екатерина Сергеевна Ковель.
 
Таким образом, биолюминесцентные методы, используемые красноярскими биофизиками, позволяют изучать токсичные и антиоксидантные эффекты нанормазмерных материалов. Тесты просты в использовании, характеризуются высокой скоростью анализа, дают возможность одновременно исследовать большое число проб-образцов. Ученые отмечают, что такие биолюминесцентные методы помогут предсказывать свойства водорастворимых углеродных наноматериалов на этапе синтеза, что чрезвычайно важно для создания новых медицинских препаратов на их основе.
 
Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН

Источники

Биолюминесцентные тесты откроют дорогу нанометериалам в медицину
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 03/07/2019
Биолюминесцентные тесты откроют дорогу нанометериалам в медицину
Красноярский рабочий (krasrab.ru), 03/07/2019
Биолюминесцентные тесты откроют дорогу наноматериалам в медицину
Наука в Сибири (sbras.info), 03/07/2019
Биолюминесцентные тесты откроют дорогу наноматериалам в медицину
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 03/07/2019
Красноярские ученые научились определять токсичность наночастиц
Kgs.ru, 03/07/2019
Красноярские ученые научились определять токсичность наночастиц
Mirtesen.sputnik.ru, 03/07/2019
Красноярские ученые научились определять токсичность наночастиц
Сибирское агентство новостей (sibnovosti.ru), 03/07/2019
Красноярские ученые научились определять токсичность наночастиц
123ru.net, 03/07/2019
Красноярские ученые научились определять токсичность наночастиц
REDom (redom.ru), 03/07/2019
Биолюминесцентные тесты откроют дорогу наноматериалам в медицину
Пресс-релизы Mnet.ru, 03/07/2019
Биолюминесцентные тесты откроют дорогу наноматериалам в медицину
Пресс-релизы Publishernews.ru, 03/07/2019
Российские ученые разработали биолюминесцентный тест для наноматериалов
Индикатор (indicator.ru), 03/07/2019
Красноярские ученые научились определять токсичность наночастиц: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 03/07/2019
Биолюминесцентные тесты откроют дорогу наноматериалам в медицину
Бизнес России. Красноярский край (krasnoyarsk.allbusiness.ru), 03/07/2019
Российские ученые разработали биолюминесцентный тест для наноматериалов
SMIonline (so-l.ru), 03/07/2019
Глубинная сибирская бактерия
Научный портал MSAU.RU, 03/07/2019
Светящиеся бактерии помогли сибирским ученым измерить токсичность наноматериалов
Тайга.инфо (tayga.info), 05/07/2019
Российские ученые разработали биолюминесцентный тест для наноматериалов
Nanonewsnet.ru, 05/07/2019

Похожие новости

  • 15/12/2017

    Академик Андрей Дегерменджи: жизнь в астероиде позволит снять целый комплекс проблем

    ​Андрей Георгиевич Дегерменджи - советский и российский ученый-биофизик, академик РАН (2011). Директор Института биофизики СО РАН с 1996 года - об исследованиях красноярских ученых  и системе жизнеобеспечения в экстремальных условиях .
    940
  • 29/10/2018

    Красноярские физики используют кремневые биосенсеры для диагностики рака

    Красноярские физики под руководством заведующего лабораторией радиоспектроскопии и спиновой электроники Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Антона Тарасова разработали новый метод диагностики рака.
    331
  • 05/02/2016

    Красноярские ученые придумали, как выделять белки с помощью микросфер из угольной золы

    ​Ученые Института химии и химической технологии СО РАН и Института биофизики СО РАН на основе магнитных микросфер, полученных из летучих зол угля, создали эффективные многоразовые сорбенты для выделения биологических молекул.
    1981
  • 22/11/2016

    В Красноярске разработали люминесцентный анализатор иммунитета

    ​Люминесцентный анализатор для оценки иммунного статуса разработали в Научно-исследовательском институте медицинских проблем Севера СО РАН (г. Красноярск).  Как уточняют в институте, это сверхчувствительный прибор для лабораторной диагностики, действие которого основано на изменении светового потока в биолюминесцентной реакции после того, как в оборудование помещен биологический материал пациента.
    1146
  • 26/01/2018

    Ученые установили, что раковые клетки можно удалять с помощью золотых наночастиц и тепла

    ​Российские и канадские ученые разработали способ адресного разрушения раковых клеток с помощью наночастиц золота и теплового воздействия. Доставку терапевтических наночастиц к опухоли осуществляют специальные молекулы.
    1172
  • 24/12/2018

    Белки в хвое расскажут о стрессе у деревьев

    ​Российские ученые измерили содержание белков теплового шока в хвое сосны обыкновенной и выяснили, что изменение этого параметра является прямым следствием пожаров. Свою работу они представили на Всероссийской научно-практической конференции «Механизмы устойчивости растений и микроорганизмов к неблагоприятным условиям среды».
    623
  • 13/01/2017

    Лабораторные работы: ученые и инновации

    ​Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством Михаэля Гретцеля (EPFL, Швейцария) определили причину, по которой органо-неорганические перовскиты формируются в виде нанонитей.
    2246
  • 15/11/2016

    Красноярские ученые разработали прибор для диагностики иммунитета

    ​Ученые Научно-исследовательского института медицинских проблем Севера разработали сверхчувствительный прибор, способный оценить состояние иммунной системы пациента при различных заболеваниях.  Устройство позволит врачу быстро обнаружить ухудшение состояния больного и оперативно изменить терапию и тактику лечения.
    1397
  • 14/12/2018

    Красноярские ученые оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки

    ​Экологи из Сибирского федерального университета (СФУ) оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки и изучения климата прошлого. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (1, 1).
    993
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    922