1.3. Общая характеристика нанокомпозитных селенсодержащих материалов - Морфофункциональные изменения в печени при... Учебный сайт
Учебные материалы


1.3. Общая характеристика нанокомпозитных селенсодержащих материалов - Морфофункциональные изменения в печени при...




1.3. Общая характеристика нанокомпозитных селенсодержащих материалов


Нанотехнологии в медицине приобретают все большую популярность. Они позволяют достоверно определять такие биомаркеры как ДНК, белки, метаболиты в целях диагностики заболеваний и контроля за процессом лечения. Дают возможность проводить визуализацию патологических процессов в организме с помощью селективных контрастных агентов на основе наночастиц, диагностировать инфекционные и вирусные заболевания человека и животных при помощи биочипов и тест-систем нового поколения (Нанотехнологии. Азбука для всех / под. ред. Ю. Д. Третьякова. М.: Физматлит, 2008. 368 с). Для медицины созданы нанороботы для коррекции клеточных и молекулярных дефектов в организме. Так, для наилучшей и более точной доставки лекарственных веществ в клетки-мишени (в частности в опухолевые клетки) разработан наноробот (это генно-модифицированная бактерия сальмонелла, которая «тянется» к опухолям посредством хемотаксиса). В сальмонелле находится наноробот, выпускающий капсулу с лекарственным веществом, как только бактерия достигнет опухоли (Корейцы сделали наноробота для борьбы с раком [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.nanonewsnet.ru/news/2014/koreitsy-sdelali-nanorobota-dlya-borby-s-rakom . 8.01.2014). Стоит обратить внимание на тот факт, что наноробот все же содержит лекарственное вещество, т.е. химический элемент, обладающий противоопухолевой активностью, а, вероятно, и токсическим действием на организм.
Всё больше встречается разработок адресной доставки лекарственных веществ в клетки и ткани с помощью наночастиц, вирусных частиц, липосом и молекулярных моторов (Конструирование наночастиц для адресной доставки терапевтических средств в клетки и их органеллы / Ткачук В.А. и [др.] / С.191; Ламажапова Г П. Морфология органов иммуногенеза нерпы байкальской и эксперементальная оценка эффективности её липидов при разных патологиях: автореф. дис. д-ра биол. наук: 06.02.01 / Галина Петровна Ламажапова. Улан-Удэ, 2011. 290 с.).
Вопросам диспергирования в фармацевтической технологии придается особое значение. Известно, что с уменьшением размера частиц резко увеличивается поверхностная энергия диспергируемого лекарственного вещества. При тонком измельчении лекарственные вещества лучше растворяются, значительно изменяют свои химические свойства и реакционную способность. Диспергирование может существенным образом влиять на терапевтическую активность лекарственных веществ вследствие изменения процессов их всасывания. Это происходит при изменении растворимости лекарственных веществ, при этом скорость растворения прямо пропорциональна площади поверхности и обратно пропорциональна величине частиц вещества (Технология лекарственных форм: учеб. под ред. Т.С. Кондратье­вой. М.: Медицина, 1991. Т.1. 496с). Уменьшение размера частиц вещества до десятка нанометров и ниже приводит к тому, что свойства вещества начинают определяться не только и не столько его химическим составом, сколько размером. (Наноразмерные пленки антител на основе полиэлектролитов для целей высокочувствительной иммунодиагностики / Евтушенко Е.Г. [и др.] // Российские нанотехнологии : электронный журнал. 2007. Т.2, №1-2. С.145-153. Режим доступа: http://nanorf.ru/science.aspx?cat_id=4353&d_no=4405. 11.02.2013; Олейников В.А., Суханова А.В., Набиев И.Р. Флуоресцентные полупроводниковые нанокристаллы в биологии и медицине // Российские нанотехнологии: электронный журнал. 2007. Т.2, №1-2. С.160-173. http://nanorf.ru/science.aspx?cat_id=4353&d_no=4405. 11.02.2013; Garnett M.C., Kallinteri  P.  Nanomedicines and nanotoxicology: some physiological principles // Occupatinal Medicine-Oxford. 2006. P.307-311). В отличие от «классических» частиц, доля поверхностных атомов у наночастиц значительно больше и растет с уменьшением частицы (Сеземин И.А. Наноматериалы: перспективы антибактериального применения в ветеринарии [Электронный ресурс] // Ветеринарная медицина: сайт. – Режим доступа: http://veterinarua.ru/stati-i-issledovaniya/1147-nanomaterialy-perspektivy-antibakterialnogo-primeneniya-v-veterinarii.html. 11.11.2013; Лен, Ж.–М. Супрамолекулярная химия: Концепции и перспективы. Новосибирск: Наука, 1998. 334с). Поскольку фармакологический «ответ» на лекарственное вещество прямо пропорционален его концентрации в требуемой области и ряду других параметров, а распределение молекул в организме определяется их физико – химическими свойствами (и они не всегда обладают необходимой аффинностью к поврежденной области), то зачастую для эффективного лечения требуется введение в организм значительно больших количеств лекарственных веществ, чем необходимо для данной патологии органа и ткани. Такое экстенсивное применение приводит к проникновению лекарственных веществ в здоровые органы, ткани и клетки, что вызывает токсические эффекты (Тырхеев, А. П. Общая рецептура и технология лекарственных форм: учеб.–метод. пособие. Улан-Удэ: Изд-во БГСХА им. В. Р. Филиппова, 2008. 68 с.; Torchilin V. Nanoparticulates as Drug Carriers. 756p.).
Идея создания новых систем доставки лекарственных веществ принадлежит области онкологии. Поскольку препараты для лечения опухолей обладают высокой общей токсичностью, молекулы, высокой реакционной способностью, то стало необходимым создание особых систем направленной доставки, обеспечивающих, с одной стороны, физическую изоляцию активного начала от внешней среды на пути к мишени и, с другой – его высвобождение в пораженном участке или внутри него (Новый биологически активный препарат на основе наночастиц селена / Храмцов А.Г. [и др.] С.122-125). Всё больше открытий сделано в пользу использования композитных материалов в медицине и ветеринарии (Медицинские нанотехнологии. Перспективы использования фуллеренов в терапии болезней органов дыхания / Ширинкин С.В. [и др.]. / отв. ред. докт. мед. наук, проф. М. В. Покровский. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 183с).
Однако введение только размерного параметра нельзя признавать удовлетворительным и окончательным в создании нанокомпозитных систем доставки лекарственных веществ. Во-первых, в данном случае многие лекарственные вещества должны быть отнесены к объектам обычной медицины, т.к. размеры их не превышают 1 нм. Во-вторых, введение только размерного параметра не позволяет выделить существенного принципиального отличия нанофармакологических препаратов от фармакологических препаратов обычной медицины (Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007. 496 с).
В основе нанотехнологий лежат особые свойства наночастиц, отличные от свойств объемной фазы, а именно проявление квантовых эффектов и существенная роль свободной поверхности (Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. 496 с).
Исследования процессов всасывания лекарственных веществ и проведенные опыты показали, что на терапевтическую эффективность особое влияние оказывают следующие факторы, которые и названы фармацевтическими: физическое состояние лекарственного вещества (размер частиц, форма кристаллов, наличие или отсутствие заряда на поверхности частиц и др.); химическая природа лекарственного вещества (соль, кислота, основание, количество гетероциклов, эфирные связи, комплексные соединения и т.д.); вспомогательные вещества, их природа, физическое состояние, количество; вид лекарственной формы и пути ее введения; фармацевтическая технология. Более того, сочетание введенной дозы и химической формы лекарственного вещества играют фундаментальную роль в определении его токсичности (Griffiths C. A comparison of the monetized impact of IQ decrements from mercury emissions. P.841–847; Clarkson T.W. The toxicology of mercury-current exposures and clinical manifestations. P.1731–1737).
Среди перечисленных факторов наибольшее значение имеют следующие факторы: физическое состояние лекарственного вещества, наличие вспомогательных веществ и их природа (Пат. 2392944 Российская федерация. МПК А61К 31/785, А61К 33/04, А61Р 3/02. Препарат для лечения и профилактики нарушения обмена селена для сельскохозяйственных животных / Оробец В. А., Серов А. В., Беляев В. А., Киреев И. В., Мирошниченко М. В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ставропольский гос. агр. ун-т. № 2008137463/15; заявл 18.09.2008; опубл. 27.06.2010, Бюл. №18. 10 с). Немаловажным фактором при применении нанотехнологий является и «отслеживание» наночастиц в биологическом материале. Это возможно благодаря возможности наночастиц к флуоресценции или наличию квантовых точек.
Поскольку ведется активная работа в изучении биологического действия нанокомпозитных материалов, уже сделано большое количество открытий и исследований в области синтезирования и применения препаратов на основе наночастиц химических элементов и органических полимеров - стабилизаторов (матриц) (Нанотехнологии и наноматериалы в ветеринарии [Электронный ресурс] / Министерство сельского хозяйства РФ. М., 2011. 15с. –Электрон. версия печат. публ. – Режим доступа: http://guv.tatarstan.ru/rus/file/pub/pub_95316.pdf . – 11.09.2013).
В качестве азотсодержащих полимеров могут быть использованы: поливинилпирролидон, желатин, хитозан и другие азотсодержащие полимеры, способные стабилизировать наночастицы нуль-валентного селена. Препарат повышает иммунную резистентность организма животных и может быть использован в качестве препарата, снижающего частоту селенового дефицита. (Пат. 2392944 Российская федерация. МПК А61К 31/785, А61К 33/04, А61Р 3/02. Препарат для лечения и профилактики нарушения обмена селена для сельскохозяйственных животных / Оробец В. А., Серов А. В., Беляев В. А., Киреев И. В., Мирошниченко М. В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ставропольский гос. агр. ун-т. – № 2008137463/15; заявл 18.09.2008; опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18. – 10 с).
В качестве матрицы-носителя используется бычий сывороточный альбумин (BSA) (Zhang J.-S. [et al.] Biological effects of nano red elemental selenium. 2001. P. 27–38). Cтабилизированные белком наночастицы селена с размерами 20 – 60 нм полностью сохраняют спектр биологической активности ионного селена: стимулируют синтез селеносодержащих ферментов, но при этом в несколько раз менее токсичны, чем селенит натрия (Biological effects of nano red elemental selenium / Zhang J.-S. [et al.] // 2001. P. 27–38).
В качестве белковой матрицы для препаратов, содержащих наноселен, используют и белок сыворотки молока лактоферрин (Пат. 2485964 Российская федерация. МПК A61K35/20; A61K33/04; A61P37/02; B82B1/00. Иммуностимулирующая композиция для животных / Козлов С.В., Степанов В.С., Фомин А.С., Строгов В.В., Субботин А.М., Ларионов С.В., Староверов С.А., Волков А.А.; заявители и патентообладатели – Староверов С.А., Волков А.А. – 2012100596/15; заявл. 10.01.2012; опубл. 27.06.2013, бюл №18. – 1 с). Однако надо заметить, что белок молока является аллергеном.
Данные изобретения имеют ряд преимуществ по биологическому действию по сравнению с неорганическими и органическими соединениями селена:
- уменьшение токсичности,
- высокую усвояемость и доступность для организма,
- повышение антиоксидантного эффекта,
- удобность введения и дозировки.
На кафедре терапии и фармакологии Ставропольского государственного аграрного университета было установлено, что при внутрибрюшинном введении препарата нано-Se LD50 мышей составляет 32,9 ± 0,3 мг/кг. Для сравнения, соответствующий показатель для селенита натрия – 10 мг/кг (Новый биологически активный препарат на основе наночастиц селена / Храмцов А.Г. [и др.]. С.122-125).
Китайские исследователи доказали, что LD50 для нано-Se составила 113,0 мг Se/кг, в то время, как LD50 селенита натрия – 15,7 мг Se/кг (Biological effects of nano red elemental selenium / Zhang J.-S. [et al.]. 2001. P. 27–38). Таким образом острая токсичность селена в наноразмерной форме в 7 раз ниже селенита натрия на основе дозы селена.
В работах Копейкина В.В и Валуевой С.В. (Синтез наночастиц селена в водных растворах поливинилпирролидона и морфологические характеристики образующихся нанокомпозитов / Копейкин В.В. [и др.] // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2003. Т.45. № 4. С.615–622) было показано, что новые высокоэффективные перевязочные и шовные материалы с антимикробной, противовирусной, репаративной и имунностимулирующей активностью могут быть получены на основе наночастиц нано-а-Se0, стабилизированных поли-N-винилпирролидоном (ПВП).
В своей работе Tran, Sarin, Hurt, Webster (Tran, P. A. Differential effects of nanoselenium doping on healthy and cancerous osteoblasts in coculture on titanium / P. A. Tran, L. Sarin, R. H. Hurt, T. J. Webster // Int J Nanomedicine. – 2010. – Режим доступа:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Differential+effects+of+nanoselenium+doping+on+healthy+and+cancerous+osteoblasts+in+coculture+on+titanium.) показали, что использование подложки с селеновым нанокластером на поверхности титанового ортопедического имплантата способствует нормальной пролифирации остеобластов и препятствует развитию рака остеобластов.
Нано-селен обладает и противоопухолевой активностью, что было доказано авторами из технического университета Гонконга (Pat. CN 102895258 A, МПК A61P 35/00, A61K 9/00, A61K 31/715, a61K 33/04. Pleurotus tuber-regium polysaccharide functionalized nanometer selenium hydrosol having anti-tumor activity and preparation method thereof / 陈填烽, 黄家兴, 吴华莲, 郑文杰, 黄文健, 文咏贤 ; applicant and patentee 香港理工大学. – № CN 201110208539 ; declared 25.07.2011 ; published 30.01.2013. 13 с). В данном изобретении носителем нано-селена является полисахарид склероция съедобного гриба Pleurotus tuber-regium.
Нужно заметить, что приведенные выше матрицы-носители для нано-селена (поливинилпирролидон, бычий сывороточный альбумин, желатин, хитозан, декстран, целлюлоза, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза) не обладают мембранотропными свойствами.
Исходя из представлений биохимической фармакологии, развивающихся в современных исследованиях (Юркевич А.М., Швец В.И. Пути создания нового поколения лекарственных и биохимических препаратов с использованием лиганд-рецепторных взаимодействий для активного мембранного транспорта // Вестник РАМН. 1999. №3. С.3-8; Ильина О.П. Этиопатогенетические аспекты течения эндемического зоба у крупного рогатого скота: в 2 кн. Иркутск: ИрГСХА, 2000. Кн. 1. 102с.), можно полагать, что критерием максимальной специфической активности любого фармакологического препарата чаще всего является некая суммарная величина, зависящая как от активности и токсичности вещества, так и от способности лучшим способом достигать биологическую мишень, не затрагивая при этом другие клетки, органы и системы организма. Для достижения такого эффекта направленной доставки лекарственного вещества в клетку необходимо наличие механизма «молекула-носитель и чувствительный рецептор» или «лиганд-рецепторное взаимодействие».
В общих чертах такие соединения должны быть достаточно сложными и содержать участки, которые могли бы обеспечить взаимодействие вещества с рецептором для его узнавания и связывания на поверхности рецептора с последующим транспортом внутрь клетки и (или) переносом через мембраны, а также участки молекул, имеющие сродство к активным центрам ферментов и выполняющие роль их активаторов, регуляторов или ингибиторов. Эти требования коллективом авторов (Ильина О.П. Этиопатогенетические аспекты течения эндемического зоба у крупного рогатого скота: в 2 кн. Иркутск: ИрГСХА, 2000. Кн.2. 72 с) были сформулированы следующим образом:

  1. Синтезированные соединения должны содержать участки, соответствующие фрагментам лигандов, обеспечивающих узнавание и связывание с участками рецепторов.

  2. В них должны присутствовать фармакологически активные (фармакофорные) группировки.

  3. Они должны содержать группы-спейсеры, которые были бы способны выполнять функцию субстратов ферментов, отщепляющих фармакофоры вблизи клеточной мишени.

Так для осуществления гликонаведения необходимы углеводные молекулы-носители и рецепторы-лектины клеточной мембраны с высокой аффинностью к этим углеводам. На поверхности мембран гепатоцитов содержится наибольшее количество асиалогликопротеиновых рецепторов. Эти рецепторы связывают асиалогликопротеины плазмы, а также другие полимеры с присоединенными концевыми или боковыми галактозильными группами для последующего внедрения их в клетку путем опосредованного рецепторами эндоцитоза. После поглощения рецептор возвращается на поверхность клетки, лиганд же либо расщепляется лизосомальными гидролазами, либо, избежав лизосомального расщепления, выделяется неизменным во внеклеточную среду путем экзоцитоза (Структура и иммуномодулирующее действие арабиногалактана лиственницы сибирской и его металлопроизводных / Дубровина В.И. [и др.]. Иркутск, 2007. 145 с.).
Среди природных полисахаридов перспективно отличается арабиногалактан лиственницы сибирской (Larix sibirica), который способен доставлять лекарственные средства непосредственно в гепатоциты и макрофаги, является водорастворимым и обладает невысокой молекулярной массой 10-14 кД. (Медведева С.А., Александрова Г.П., Грищенко Л.А. Арабиногалактан лиственницы – перспективная полимерная матрица для лекарственных средств. С.101–102).
В ряде работ было показано, что арабиногалактан обладает иммуномодуляторной активностью (Структура и иммуномодулирующее действие арабиногалактана лиственницы сибирской и его металлопроизводных / Дубровина В.И. [и др.]. 145с), проявляет гастропротекторные свойства (К оценке фармакологических свойств арабиногалактана / В. К. Колхир [и др.] // Тез докл. III Росс. нац. конгресса «Человек и лекарство». М., 1996. С.27.), обладает антиметастазной активностью (Arabinogalactan for hepatic drug delivery / Groman E.V. [et al.] // Bioconjugate Chem. 1994. Vol.5, № 6. Р.547–556). Положительные результаты исследований по внедрению конъюгата АГ с хелатом кобальта в печень показали, что АГ можно использовать для адресной доставки хелата к гепатоцитам (Структура и иммуномодулирующее действие арабиногалактана лиственницы сибирской и его металлопроизводных / Дубровина В.И. [и др.]. 145 с.). Все это делает очень привлекательным использование его в качестве биологически активной матрицы-носителя лекарственных средств.
В Иркутском Институте Химии им. А.Е. Фаворского (ФГБУН ИрИХ им. А.Е. Фаворского СО РАН) был получен нанокомпозитный препарат селена в реакции взаимодействия водного раствора природного водорастворимого полисахарида арабиногалактана с концентрацией 1-50% в качестве стабилизатора и восстановителя, образующего наноразмерные частицы с водными растворами с содержанием в них солей металла от 0,0067 до 2 ммоль в присутствии гидроксида аммония или натрия.
C целью разработки методов синтеза новых водорастворимых высокобиодоступных нанобиоконъюгатов - элементный селен/арабиногалактан (Многофункциональные самоорганизующиеся гибридные нанобиокомпозиты на основе природных полимеров / Б. А. Трофимов [и др.]. - Режим доступа: http://edu-cons.net/atlas_last/doc/302/1(2).pdf) изучены редокс-превращения селенсодержащих органических и неорганических соединений под действием окислителей или восстановителей в присутствии арабиногалактана как природной наностабилизирующей матрицы.
Оказалось, что восстановление в воде гидразином различных селенсодержащих неорганических соединений (SeO2, H2Se2O3, Na2Se2O3) в присутствии арабиногалактана приводит к образованию наночастиц элементного селена, инкапсулированных в макромолекулы арабиногалактана (Многофункциональные самоорганизующиеся гибридные нанобиокомпозиты на основе природных полимеров / Б. А. Трофимов [и др.]. - Режим доступа: http://edu-cons.net/atlas_last/doc/302/1(2).pdf). Новый нанобиокомпозит обладает высокой агрегативной устойчивостью и водорастворимостью. Изучение полученных образцов нанобиокомпозитов показывает, что наночастицы элементного селена имеют кристаллическую структуру и дают рефлексы, по уширению которых рассчитан средний размер наночастиц (средняя область когерентного рассеяния), равный 40-100 нм (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Дифрактограмма полученных нанобиокомпозитов
Напротив, окисление диселенофосфинатов щелочных металлов перекисью водорода в воде в присутствии арабиногалактана дает ренгеноаморфные наночастицы селена в арабиногалактановой матрице.
Однако, несмотря на неупорядоченность кристаллической решетки в случае синтеза из диселенофосфинатов щелочных металлов, все селеновые нанобиокомпозиты проявляют люминесцентные свойства полидисперсных «квантовых точек» – возбуждаются и излучают свет практически во всем видимом диапазоне частот.
Таким образом, получены и наработаны лабораторные партии оригинальных люминесцентных нанобиокомпозитов элементный селен/арабиногалактан, перспективных для визуальной флуоресцентной диагностики и лечения в биомедицине.
Карта сайта

Последнее изменение этой страницы: 2018-09-09;



2010-05-02 19:40
referat 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная