Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института биофизики СО РАН исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения. Работа опубликована в Journal of Soils and Sediments и получила развитие в новой статье, посвященной антиоксидантным свойствам фуллеренолов.

Исследователи сравнили токсическое и антиоксидантное действие водорастворимых углеродных наноструктур естественного и искусственного происхождения, а именно — гуминовых веществ и фуллеренола.

Фуллеренолы – производные фуллеренов, которые могут быть использованы в качестве компонента композиционных биоматериалов, антибактериальных, противогрибковых и противовирусных средств.

В настоящее время накоплены данные как о биологической активности, так и о токсичности этих соединений.

Гуминовые вещества – это компонент органического вещества природных вод и почв. Они образуются в результате разложения органических веществ в почве и донных отложениях.

Гуминовые вещества, наряду с другими функциями, выполняют в природных условиях роль детоксицирующих агентов. В последнее десятилетие препараты на их основе все чаще используются для детоксикации загрязненных водоемов и сточных вод промышленных предприятий.

Для оценки токсичности и антиоксидантных свойств гуминовых веществ и фуллеренолов был использован ферментативный биолюминесцентный биотест. Содержание активных форм кислорода в растворах оценивали люминольным хемилюминесцентным методом.

Вещества продемонстрировали токсические и антиоксидантные свойства, однако количественные характеристики их воздействия были разными. Ученые выявили, что более высокой токсичностью обладают гуминовые вещества (наноструктуры естественного происхождения), детоксицирующие концентрации фуллеренолов (наноструктуры искусственного происхождения) оказались ниже. Кроме того, было показано, что антиоксидантная способность гуминовых веществ увеличивается со временем, а вот антиоксидантный эффект фуллеренолов, напротив, не зависел от времени.

Углеродные наноструктуры: A) фуллеренол С60; Б) структурный фрагмент гуминовых веществ / Екатерина Ковель

«В настоящее время разрабатываются физико-химические, биохимические и клеточные основы для биолюминесцентных биотестов, направленных на оценку антиоксидантной активности биологически активных соединений. Продемонстрирован высокий потенциал биолюминесцентной ферментативной системы для изучения биологической активности ультраразбавленных растворов. Высокая скорость анализа, чувствительность, воспроизводимость, возможность приборной регистрации и количественной оценки токсичности обеспечивают более высокую надежность биологических измерений», – прокомментировала результаты Екатерина Ковель, соавтор статьи, аспирант ИБФ СО РАН.

В новой работе ученые исследовали биологическую активность ряда фуллеренолов с разным количеством гидроксильных ОН-групп, а именно их токсичность и антиоксидантную активность. Более низкую токсичность и более высокую антиоксидантная активность показали фуллеренолы с меньшим числом кислородсодержащих заместителей. Различия в свойствах фуллеренолов связаны с их способностью изменять баланс активных форм кислорода в водных растворах. Токсическое действие перспективного металл-фуллеренола с атомом гадолиния (гадолиний включен во внутрь углеродного каркаса фуллеренола) объясняли большим количеством гидроксильных групп.

Результаты исследования позволят прогнозировать свойства водорастворимых производных фуллеренов, что чрезвычайно важно для создания новых фармацевтических препаратов на их основе.