Російські хіміки виявили у оксиду церію два нових типи ензимоподібної активності. Це має важливе значення для розуміння того, чи можна застосовувати нанобіоматеріали на його основі в ліках – в першу чергу в якості регуляторів вільнорадикального метаболізму в живих системах. Порушення вільнорадикального метаболізму асоційовані з цілим рядом захворювань і патологічних станів, включаючи гіпоксію і рак. Пошук нових способів його регулювання необхідний для створення терапевтичних препаратів нового покоління. Робота виконана за підтримки російського наукового фонду. Результати дослідження опубліковані в журналі rscadvances.
У 2010-х роках дослідники з ряду країн, включаючи росію, відкрили здатність деяких неорганічних наноматеріалів виконувати функції природних ферментів (ензимів). Такі наноматеріали отримали назву наноензими, або, більш коротко, нанозими. До числа найбільш відомих на сьогоднішній день нанозимів відносяться наночастинки благородних металів, в тому числі платини і паладію, а також деяких оксидів металів, при цьому більшість нанозимів здатні проявляти властивості лише одного-двох ферментів.
Абсолютно особливе місце серед нанозимів займає оксид церію, одного з найбільш поширених рідкоземельних елементів. На сьогоднішній день відома його здатність імітувати активність восьми різних ферментів (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, галопероксидаза, фосфатаза, фосфоліпаза, фотоліаза і нуклеаза), що беруть участь в ключових процесах регулювання метаболізму живих систем.
Колектив російських вчених з інституту загальної та неорганічної хімії ім. Н. С. Курнакова ран, очолюваний членом-кореспондентом ран в. К. Івановим, одним з перших у світі приступив до досліджень біологічної активності оксиду церію, виявив у цього матеріалу відразу два нових типи ензимоподібної активності, а саме ліпопероксидазну і фосфоліпопероксидазну. Відповідні ферменти в живих організмах грають вкрай важливу роль, регулюючи вміст в клітинах кисневмісних радикалів. У свою чергу, що утворюються в результаті дії ферментів продукти перекисного окислення ліпідів і фосфоліпідів беруть участь в передачі сигналів в клітинах. Високі концентрації маркерів перекисного окислення ліпідів виявляють при різних захворюваннях, включаючи серцево-судинні, нейродегенеративні, онкологічні, а також при патологічних станах.
” для дослідження біохімічної активності наночастинок діоксиду церію ми використовували один з основних аналітичних методів дослідження вільнорадикальних процесів – хемілюмінометрію, – яка відрізняється високою чутливістю – інформативністю і експресністю. В основі цього методу лежить вимірювання інтенсивності світіння молекулярних зондів, селективно взаємодіючих з певним типом вільних радикалів. У присутності біологічно активної сполуки, наприклад, наночастинок діоксиду церію, інтенсивність світіння зміниться, вказуючи на перебіг біохімічних реакцій, – розповідає один з авторів роботи, кандидат біологічних наук мадіна созарукова, – у своїй роботі ми використовували молекулярний зонд, чутливий до вмісту ліпідних і фосфоліпідних радикалів. Виявилося, що наночастинки діоксиду церію сприяють розкладанню органічних пероксидів, тобто грають роль ензимів, що виконують цю функцію в живій клітині, наприклад, одного з компонентів крові – дезоксигемоглобіну. При цьому в порівнянні з дезоксигемоглобіном діоксид церію виявився більш м’яким і селективним каталізатором біохімічних реакцій. При порівнянні з відомим антианемічним препаратом ферінжект діоксид церію продемонстрував більш низьку (в 100 разів) активність в процесах розкладання ліпідних радикалів, а розкладання фосфоліпідних радикалів в його присутності відбувалося в 4 рази ефективніше”.
Малюнок: демонстрація ефекту тіндаля на колоїдному розчині наночастинок діоксиду церію (вгорі), у врізці –мікрофотографія наночастинок,виконана за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа.
