Российские химики создали новые искусственные аналоги ферментов

Коллектив исследователей из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Медико-генетического научного центра и Факультета химии Высшей школы экономики получил новые гибридные органо-неорганические материалы на основе оксида церия, свойства которых имитируют свойства природных ферментов (энзимов). Результаты исследований опубликованы в журналах New Journal of Chemistry и ACS Biomaterial Science and Engineering.

Нанокристаллический оксид церия является одним из перспективных кандидатов для создания новых типов биомедицинских препаратов, что связано с уникальной особенностью данного материала – способностью имитировать в живых системах функции некоторых энзимов, природных белков-катализаторов биохимических процессов. Для практического применения материалов на основе оксида церия необходимо понимать механизмы их биохимической активности и способы ее регулирования. Наибольшее влияние на биоактивность наночастиц оказывают находящиеся на их поверхности органические молекулы, которые в избытке присутствуют в любых живых организмах. В своих новых работах российские ученые проанализировали, как взаимодействие наночастиц оксида церия с биогенными органическими соединениями может повлиять на его антиоксидантную и энзимоподобную активность.

Работу комментирует ее руководитель, член-корреспондент РАН, директор ИОНХ РАН Владимир Константинович Иванов: "В течение последних двух недель были практически одновременно приняты к печати в высокорейтинговых журналах две статьи нашей группы, посвященные проблеме создания новых биологически активных гибридных наноматериалов на основе оксида церия. Оксид церия обладает очень необычной для неорганических веществ особенностью – он способен выступать в качестве катализатора биохимических процессов в живых системах, то есть выполнять функции природных энзимов (ферментов). Подобные материалы были открыты сравнительно недавно и получили особое название – нанозимы. Анализ свойств таких материалов является одной из наиболее горячих тематик в современной науке о материалах".

Наночастицы, попадая в живой организм, взаимодействуют с биогенными веществами, которые, сорбируясь на поверхности частиц, могут очень существенным образом изменить как свои биохимические свойства, так и свойства самих частиц. Именно анализу данной проблемы и посвящены обе опубликованные статьи.

В первой работе авторы проанализировали антиоксидантные и энзимоподобные свойства нанокристаллического диоксида церия, модифицированного различными биологически совместимыми и биогенными соединениями – цитратом аммония, мальтодекстрином, декстраном, гамма-иммуноглобулином и фосфатидилхолином. Оказалось, что модифицирование поверхности наночастиц этими молекулами сильно изменяет их биохимические свойства. В частности, способность наночастиц диоксида церия имитировать свойства природного энзима супероксиддисмутазы увеличилась примерно в 2 раза после его взаимодействия с молекулами полисахаридов (мальтодекстрина или декстрана). Кроме того, при этом существенно увеличилась и антиоксидантная активность наночастиц. Напротив, в присутствии фосфатидилхолина и гамма-иммуноглобулина антиоксидантные свойства наночастиц CeO₂ стали менее выраженными.

Вторая работа посвящена анализу способности альбумина – основного транспортного белка плазмы крови – связываться с биологически активными соединениями в присутствии наночастиц CeO2. Оказалось, что при взаимодействии с наночастицами альбумин формирует на их поверхности плотную оболочку («белковую корону»), однако при этом он не теряет свою транспортную функцию и способен переносить лекарственные препараты (ибупрофен и варфарин) в плазме крови.

Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение №075-15-2020-779) и в рамках Государственного задания ИОНХ РАН.