Поводом исследования стал интерес к статье Баати, Муссы и соавторов (Baati et al., 2012) о том, что фуллерен C60 может увеличить продолжительность жизни мышей чуть ли не в два раза. Однако почему-то в последующие годы этот опыт французских ученых никто не смог воспроизвести.
Так, старший научный сотрудник Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ Владимир Анатольевич Чистяков предположил, что дело может быть в метаболитах бактерий, обитающих в ЖКТ мышей: может быть, одни увеличивают биодоступность фуллерена, а другие снижают. А его коллега, младший научный сотрудник Сергей Емельянцев, экспериментально подтвердил данную гипотезу.
Изначально ученых привлекла статья Баати, Муссы и соавторов 2012 г. о том, что фуллерен C60 увеличил продолжительность жизни в 2 раза. Однако использование разных, в т.ч. токсичных растворителей, является одной из причин получения противоположных свойств разными группами исследователей. Антиоксидантные свойства фуллерена C60 оказались неожиданными, т.к. он не имеет функциональных групп, отвечающих за антиоксидантные свойства, например (–OH), как у полифенолов, или (–SH), как у естественного внутриклеточного антиоксиданта – глутатиона, но способен присоединять радикалы. К тому же стало ясно, что биологические свойства (особенно биодоступность) C60 зависят от растворителя.
«Я подобрал концентрации и режимы приготовления суспензий фуллерена в сурфактине и придумал использовать микропланшетный ридер для определения концентраций ПАВ, которые бы не убивали бактерий и не снижали скорость их роста», – отметил Сергей Емельянцев.
Результаты экспериментов с фуллеренами в сочетании с сурфактином, бактериальным метаболитом, раскрыли неожиданные возможности. Сурфактин, производимый бактериями Bacillus subtilis, оказался эффективным средством для повышения биодоступности фуллеренов, которые проникают через клеточные мембраны и улучшают их эффективность.
«Использование сурфактина для растворения фуллеренов в воде – это ключевой момент нашего исследования. Этот бактериальный метаболит не только растворяет наночастицы, но и способствует их лучшему усвоению организмом. Для живых клеток сурфактин оказался значительно менее токсичным, чем традиционные химические растворители, что открыло перед нами новые перспективы», – рассказал ученый.
Сурфактин и другие подобные вещества, производимые полезными бактериями в нашем кишечнике, могут сыграть важную роль в улучшении проникновения лекарств и наночастиц в ткани организма. Например, в исследовании 2012 года (Baati et al.) было установлено, что фуллерен, растворенный в оливковом масле, удваивает продолжительность жизни мышей. Это явление оставалось загадкой до тех пор, пока ученые не начали изучать роль кишечной микрофлоры и производства биосурфактантов, которые, вероятно, увеличивали проницаемость кишечных стенок для фуллеренов.
Дальнейшие исследования будут направлены на изучение других метаболитов, которые могут иметь сходные эффекты. Уже сейчас ученые тестируют различные бактериальные вещества на их антиоксидантные свойства и способность защищать ДНК. К тому же, предполагается, что фуллерены могут использоваться для разработки более эффективных методов доставки лекарств, и в комплексных терапиях, таких как лечение алкогольной нейропатии.
Несмотря на многообещающие результаты, ученые осторожны в своих выводах. Проблема безопасности, особенно возможного накопления фуллеренов в печени при внутривенном введении, остается нерешенной. Однако это не останавливает исследователей, настроенных на дальнейшие эксперименты и разработки в области нанотехнологий. В будущем фуллерены и их взаимодействие с микробиотой кишечника могут изменить подходы к лечению многих заболеваний, открывая новые горизонты для медицины.
«Я положительно отношусь к нанотехнологиям в медицине. Мы уже видим успехи в фармакологии с коллоидными растворами, которые по сути являются частью нанотехнологий», — отмечает ученый. — Перспективы велики: от адресной доставки лекарств до применения в фотодинамической терапии и как сорбентов. В будущем мы можем ожидать значительный прорыв в лечении многих заболеваний».
Результаты исследования, проведенного при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ FENW-2023-0008), опубликованы в журнале Biotechnology and Applied Biochemistry
