О высоком потенциале использования фуллеренов в медицине и биологии ученые заговорили практически с момента их открытия в 1985 году. Фуллерены представляют собой новую форму углерода, в молекулу которых можно поместить атом металла. Исследователи предполагают, что фуллерены могут использоваться для поглощения свободных радикалов и защиты от окислительного стресса, доставки лекарства в нужный орган и перевода триплетного кислорода в активный синглетный кислород, который вызывает повреждение ДНК.

Однако неспособность фуллеренов растворяться в полярных растворителях затрудняет исследование их биологически активных свойств. В связи с этим возникает необходимость получения водорастворимых производных фуллеренов. Фуллерены и их производные способны проникать через биологические мембраны и накапливаться в различных органах и тканях, а также проникать через гематоэнцефалический барьер. Однако, начиная с самых первых работ, в которых были получены данные об отсутствии у фуллеренов острого токсического действия, вопрос об их хроническом токсическом эффекте остаётся

М. Суясова, А. Криворотов, А. Сжогина

открытым. Ранее были получены данные о его неблагоприятном влиянии на эмбриогенез у мышей, а также о его мутагенном действии на дрожжи и дрозофилу. Было установлено, что токсичность фуллеренов и их производных, вероятнее всего, является лишь проявлением характеристик присоединённых функциональных групп, а также присутствующих остатков растворителя, а не самих фуллеренов.

Одной из наиболее интересных особенностей фуллеренов является возможность получения эндоэдральных структур на их основе, в которых атом или несколько атомов металла изолированы от окружающей среды, при этом сохраняются их полезные свойства. Интересными объектами представляются модифицированные водорастворимые производные эндофуллеренов триметаллонитридов гадолиния, меченые радиоактивным изотопом ¹²⁴I. Такие объекты могут быть использованы в качестве двойного контраста для магнитно-резонансной томографии и позитронно-эмиссионной томографии, что позволит улучшить диагностику онкологических заболеваний на ранних стадиях. Конъюгаты водорастворимых производных эндофуллеренов триметаллонитридов лютеция с инерлейкином-13, меченые радиоактивным изотопом ¹⁷⁷Lu, являются перспективными препаратами для направленной доставки лекарственных препаратов в опухоли.

Особый интерес представляют выраженные прооксидантные свойства фуллерена, обусловленные его способностью с квантовым выходом порядка единицы переходить в возбужденное триплетное состояние при поглощении кванта света. С этой точки зрения перспективно использование фуллеренов в качестве фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии (ФДТ). Однако слабое поглощение исходного С₆₀ в красной области видимого света, в так называемой области окна проницаемости живых тканей, а также нерастворимость его в воде делает проблематичным применение нативного С₆₀ для ФДТ. Перспективным путем создания нового типа фотосенсибилизаторов может быть создание гибридных структур путем присоединения к водорастворимому производному фуллерена подходящего красителя, хорошо поглощающего в красной области спектра и способного передать возбуждение или электрон на ядро фуллерена.

Одним из перспективных применений эндометаллофуллеренов в биомедицине является создание на их основе радиофармпрепаратов для диагностики и терапии. Преимуществом таких соединений является изолированность радиоактивного изотопа в фуллереновой молекуле, что предотвращает его взаимодействие со средой организма.

Не менее перспективной является разработка и исследование новых высокоэффективных, конкурентоспособных на мировом рынке препаратов нового поколения для эффективной тераностики (диагностики методом МРТ и терапии облучением, гипертермией) рака на основе магнитоуправляемых биосовместимых производных эндофуллеренов железа и гадолиния. Так в экспериментах показано, что релаксационная эффективность водорастворимых производных эндометаллофуллеренов значительно выше, чем у используемых в настоящее время коммерческих препаратов на основе хелатных комплексов гадолиния, что обеспечит высокий контраст МРТ-изображений.

Кроме того, одной из развивающихся областей является использование фуллеренов и их производных в качестве покрытий изделий медицинского назначения. В настоящее время достаточно остро стоит проблема осложнений, возникающих после операций стентирования как острых, так и в отдаленном периоде. Одним из решений этой проблемы является нанесение лекарственных покрытий на стент, однако такие вещества выделяются из нанесенного покрытия достаточно короткое время, а использование при этом полимеров может привести к аллергическим реакциям и повторному сужению просвета сосуда. Использование фуллерена С₆₀ в качестве покрытия на стент показало его хорошие антитромболитические свойства.

В заключение, необходимо отметить, что перспективы использования производных фуллеренов в биомедицине требуют комплексных исследований как физико-химических свойств, так и биологической активности подобных структур.

Алина Сжогина,

Канд. физ.-мат. наук.

Фото Т. Потаповой