Ученые лаборатории «Бионанотехнологии» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета совместно с  коллегами из Института инженерии процессов Китайской академии наук, Института клеточной терапии и иммунологии общества Фраунгофера (Германия) и Университета Ноттингем Трент (Великобритания) обнаружили, что наноматериалы природного происхождения (наноглины галлуазит и каолин) менее токсичны для клеток млекопитающих по сравнению с синтетическими углеродными наноматериалами, и поэтому могут найти более широкое применение в медицине.

Работа выполнена в рамках проекта «Разработка наноразмерных биоматериалов на основе пептидов для фотодинамической терапии опухолей», поддержанного грантом Российского фонда фундаментальных исследований, совместно с организациями-участниками рамочной программы БРИКС в сфере науки, технологий и инноваций.

Различные по форме и химическому составу наноматериалы рассматриваются в качестве современных носителей для лекарственных средств, а также как основа для создания композитных материалов, например, искусственных тканей человека. Однако любое применение нового материала в медицине требует тщательного и всестороннего изучения механизмов его взаимодействия с клетками человека, а также доказательств его безвредности для человеческого организма. Одним из нерешенных остается вопрос о том, какую роль в токсичности наноразмерных частиц играет их форма.

Сотрудниками лаборатории «Бионанотехнологии» под руководством главного научного сотрудника Равиля Фахруллина была проведена научно-исследовательская работа на тему: «Сравнительная цитотоксичность каолинита, галлуазита, многослойных углеродных нанотрубок и оксида графена». Так, ученые сравнили токсичность глинистых и углеродных материалов различной формы (нанотрубок и нанопластин) для модельных клеток аденокарциномы легкого человека. Все исследованные материалы (галлуазит, каолин, графен и многостенные углеродные нанотрубки) потенциально могут найти применение в современной медицине.

Центру медиакоммуникаций КФУ старший научный сотрудник лаборатории Светлана Баташева рассказала, что клетки аденокарциномы легкого человека – удобная модель для исследования токсичности различных веществ и наноматериалов, широко применяемая в лабораториях всего мира.

«Это хорошо изученная линия раковых клеток, способных к неограниченному делению. В данном исследовании клетки аденокарциномы легкого человека были использованы в качестве модельного объекта для исследования токсичности глинистых и углеродных наноматериалов. Cфера применения наночастиц и виды используемых наноматериалов постоянно расширяются. Особое внимание привлекают к себе нанотрубки, как системы для доставки лекарств, поскольку обладают полостью для «загрузки» терапевтических соединений. Преимущество в использовании наночастиц заключается в возможности сконцентрировать лекарственное средство, а также в облегчении проникновения лекарства через мембрану», – пояснила она.

В качестве кандидатов для доставки лекарств сейчас в мире исследуется два типа нанотрубок: синтезированные углеродные нанотрубки и природные нанотрубки галлуазита.

«Известно, что не только химический состав, но и форма материалов может определять влияние на клетки. Мы также исследуем взаимодействие с клетками плоских форм наноматериалов аналогичных по химическому составу (оксида графена и каолина). В свою очередь, клеточные культуры человека являются чувствительным и хорошо охарактеризованным объектом для оценки различных соединений, в том числе наноматериалов», – добавила старший научный сотрудник.

По словам Баташевой, применение наноматериалов в медицине потенциально способно решить ряд проблем, таких как создание носителей для лекарственных средств, способных к контролируемому во времени и пространстве высвобождения активного вещества. Такие носители позволят поддерживать терапевтическую концентрацию лекарства только в том месте организма, где это необходимо, и таким образом снизить токсичность лекарства для здоровых органов и тканей.

Кроме того, наночастицы способны улучшить механические характеристики искусственных тканей человека. Всплеск научного и промышленного интереса к наноматериалам привел к появлению отдельной науки нанотоксикологии. Эта наука необходима для изучения физико-химических свойств наноматериалов, оценки их токсического действия на человека и окружающую среду.

Говоря о результатах, ученые КФУ отметили, что было показано, что наименее токсичным из исследованных наноматериалов являются нанотрубки глинистого материала галлуазита. Это позволяет рассматривать их в качестве перспективных носителей для лекарственных средств и компонентов медицинских материалов. Было обнаружено, что форма наноносителя не играет ведущей роли в его воздействии на клетки и большее значение имеет химическая природа наноматериала.

«Мы показали, что углеродные наноматериалы плохо поглощаются клетками, причем независимо от их геометрической формы, но при этом значительно токсичнее для клеток, чем алюмосиликаты. Углеродные наноматериалы в исследуемых концентрациях также вызывают повреждение ДНК. В то же время они обладают уникальными физико-химическими параметрами и широко используются в производстве проводников и катализаторов, поэтому особенно важно тщательно их исследовать, определить безопасные концентрации и подобрать возможные альтернативы для тех областей, где это возможно», – резюмировала она.