Л Б Пиотровский НИИЭМ РАМН Санкт-Петербург О И

Л. Б. Пиотровский НИИЭМ РАМН Санкт-Петербург О. И. Киселев НИИ гриппа РАМН БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУР УГЛЕРОДА Москва 7 октября 2009 г.

НАНОСТРУКТУРЫ УГЛЕРОДА ГРАФИТ sp 3 С 60 Наноконус sp 2 Наноалмазы Одностенная нанотрубка Нанохорн Графан Графен 07. 10. 09 АЛМАЗ

В наноструктурах углерода все атомы лежат на поверхности, поэтому они представляют собой истинные наночастицы 07. 10. 09

ФУЛЛЕРЕНЫ ЕДИНСТВЕННАЯ ИЗВЕСТНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФОРМА УГЛЕРОДА Представляют собой замкнутые каркасные структуры, содержащие четное число атомов углерода (С 60, С 70, С 80 и т. д. ) С 60 С 70 С 80 Свойства молекул фуллеренов: Sc. N 3@C 80 07. 10. 09 • диаметр около 1 нм (С 60) и более, • наличие внутренней полости, • практически не растворимы в воде и других полярных растворителях

ФУЛЛЕРЕНЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ АНТИОКСИДАНТЫ 07. 10. 09 ОКСИДАНТЫ

СПОСОБЫ ВВЕДЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНА С 60 В БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 1. Кристаллическая форма 2. Мицеллярные коллоидные растворы (nano. С 60) 3. Водорастворимые комплексы включения 4. Водорастворимые производные Все эти способы отличаются степенью ассоциации молекул фуллерена, что влияет не только на выраженность, но и на тип проявляемой активности 07. 10. 09

ВЛИЯНИЕ ОСВЕЩЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ФУЛЛЕРЕНА С 60 Нано. С 60 мицеллярный коллоидный раствор фуллерена С 60 в воде, образован отрицательно заряженными агрегатами размером от 60 до 200 нм темнота 07. 10. 09 Освещение (УФ, 1 ч, 0 о. С) В комплексе С 60/ПВП молекулы фуллерена находятся в низкоагрегированном состоянии

ДЕЙСТВИЕ КОМПЛЕКСА С 60/ПВП НА РОСТ КЛЕТОК В КУЛЬТУРЕ (МА-104 и др. ) С 60/ПВП Клетки МА-104 24 часа Следующий пассаж нормальный монослой без видимых изменений ? ? ? 07. 10. 09

ДЕЙСТВИЕ ВИДИМОГО СВЕТА (l > 400 нм) НА РОСТ КЛЕТОК В КУЛЬТУРЕ В ПРИСУТСТВИИ КОМПЛЕКСА С 60/ПВП Облучение через 20 мин после добавления комплекса. Резазуриновый тест. 07. 10. 09

ЗАЩИТА КЛЕТОК МА-104 ОТ УФ- ОБЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСОМ С 60/ПВП (5 мг/мл) 07. 10. 09 УФ-облучение (l <400) 400 W на расст. 30 см. Облучение через 20 мин после добавления комплекса.

ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТОВ ФУЛЛЕРЕНА С 60 ОТ ФОРМЫ ВВЕДЕНИЯ Комплекс C 60/ПВП Нано. С 60 Свет Бесклеточная система Суспензия вирусов Культура клеток Темнота Крист. C 60 Темнота Свет Оксидант Антиоксидант Оксидант Мембранотропный* Мембранотропный Оксидант Нет эффекта Мембранотропный* Мембранотропный - - Оксидант Нет эффекта Анти. Оксиоксидант * защита клеток от УФ-облучения Эти композиции отличаются степенью агрегации молекул фуллерена 07. 10. 09 Свет Темнота Антиоксидант

СВЯЗЫВАНИЕ С 60 С АЛЬБУМИНОМ C 60 в комплексе C 60/2 g-CD Belgorodsky B. et al, Formation of a soluble stable complex between pristine C 60 -fullerene and a native blood protein Chem. Bio. Chem 2006, 7, 1783 – 1789 C 60 в комплексе C 60/ПВП (наши данные) 07. 10. 09

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА КОМПЛЕКСА С 60/БСА Влияние включения C 60 в БСА на кислотный лизис эритроцитов Содержание жирных кислот в альбумине 07. 10. 09

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЬБУМИНА С : C 60/PVP Молекула C 60 адсорбируется молекулой альбумина Результаты докинга 07. 10. 09 nano. C 60 Молекула альбумина адсорбируется на поверхности частиц нано. C 60 Deguchi S. et al. Stabilization of C 60 nanoparticles by protein adsorption and its implications for toxicity studies CHEM. RES. TOXICOL. 2007, 20, 854 -858

СВЯЗЫВАНИЕ С 60 С ДРУГИМИ БЕЛКАМИ + ТРАНСТИРРЕТИН + ЗЕЛЕНЫЙ БЕЛОК 07. 10. 09

Углерод как элемент не обладает внутренней токсичностью, так как нет биохимических реакций, в которых атом углерода играет роль реагента, субстрата, или простетической группы фермента Углеродные наноструктуры, образованные атомами в sp 2 гибридизации, не являются ароматическими соединениями, и у них нет канцерогенного потенциала 07. 10. 09 Бенз[a]пирен

ТОКСИЧЕН ЛИ ФУЛЛЕРЕН С 60? В условиях, исключающих фотодинамическое действие, фуллерен С 60 не токсичен Высокочистые наноструктуры углерода биосовместимы не токсичны 07. 10. 09 и

Внутрибрюшинное введение комплекса C 60/ПВП крысам печень кора селезенка почки легкие Сам ПВП вызывает незначительные, но заметные поражения внутренних органов Комплекс C 60/ПВП (C 60 3. 5 -9 мг/кг) устраняет эти негативные эффекты миокард Комплекс C 60/ПВП при в. б. введении не вызывает изменений в поведении животных, и не только не токсичен, но и оказывает протективное (антиоксидантное? ) действие 07. 10. 09

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФУЛЛЕРЕНА С 60 В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ 07. 10. 09

ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНА С 60 В ПРАКТИКЕ 1. Создание систем очистки от биологических загрязнений 2. Создание ранезаживляющих композиций (мази, растворы и т. п. ) 3. Создание раневых покрытий (в том числе и для лечения гнойных ран) 4. Создание полимерных материалов для хирургии 07. 10. 09

НАНОСТРУКТУРНЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ ИМПЛАНТАТЫ ГАРГО Простые формы 07. 10. 09 Сложные формы С. К Гордеев, ФГУП «ЦНИИ Материалов»

СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ИМПЛАНТАТОВ Тип имплантата Имплантаты ГАРГО Металл Керамика Состав Углерод Титан Гидроксиапатит Низкая Прочность Высокая (Не обеспечивает опороспособности) Прорастание костной тканью Да Нет Да Применение магнитной томографии Да Нет Да Применение при воспалительных заболеваниях(туберкулез, остеомиелит) Да Нет Электростимуляция Да Нет Лекарственное депо Да Нет 07. 10. 09 С. К Гордеев, ФГУП «ЦНИИ Материалов»

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕЧЕНИЯ ТУБЕРКУЛЕЗА ПОЗВОНОЧНИКА С ПРИМЕНЕНИЕМ НАНОСТРУКТУРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Костная пластика Имплантаты ГАРГО* 36, 7 27, 0 Сроки стационарного лечения восстановления опороспособности позвоночника, мес. 12 -18 8 -12 Признаки костного сращения через 1 месяц после операции 47, 5%. 70, 6% Сформировался надежный костно-углеродный блок в зоне пластики к 1 году после операции 88, 5%. 94, 1% Увеличение кифотической деформации позвоночника отдаленном послеоперационном периоде 75%. 35% 8%. 94% Эффективность лечения Сроки постельного режима, дни Сохранение длины зоны компенсации дефекта * Более 70 пациентов (отдаленные результаты -12 лет). 07. 10. 09 С. К Гордеев, ФГУП «ЦНИИ Материалов»

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОР ПО РАЗМЕРАМ В НАНОАЛМАЗНЫХ КОМПОЗИТАХ ИЗ НАНОАЛМАЗНЫХ ПОРОШКОВ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК С – УДД-СТП, ЗАО «Алмаз-центр» (г. СПб); Б – УДА-СП, НП ЗАО «Синта» (Беларусь); Д – RUDDM 0 -150, ООО «Реал-Дзержинск» (г. Дзержинск) 07. 10. 09 С. К Гордеев, ФГУП «ЦНИИ Материалов»

В РАБОТЕ ПРИНИМАЛИ УЧАСТИЕ Институт Экспериментальной Медицины М. А. Думпис, Е. В. Литасова, M. M. Шавловский, К. В. Соловьев, А. Д. Денисенко, Д. А. Тамянский Институт гриппа М. Ю. Еропкин, Е. М. Еропкина, Л. С. Уланова Государственный Медицинский университет им. И. П. Павлова Л. В. Галебская, И. Г. Щербак, Т. А. Богомаз, Е. В. Рюмина 07. 10. 09

07. 10. 09

SMALL IS BEAUTIFUL BUT EXPENSIVE H. Kuzmany