Ученые Сеченовского Университета Минздрава России с коллегами из других исследовательских центров разработали метод промышленного синтеза стабильных растворов, содержащих наночастицы оксида церия, с антибактериальным и ранозаживляющим эффектом. Новый подход позволил впервые получить килограммы нанопорошка — объемы, необходимые для выпуска партии регенеративного препарата.
Исследователи за обсуждением результатов работы коллектива авторов на производстве соединений редких и редкоземельных металлов научно-производственной компании ООО «ЛАНХИТ» / © Екатерина Силина
Эксперименты показали, что синтезированные нанопорошки замедляют рост бактерий синегнойной палочки, но при этом стимулируют деление клеток соединительной ткани и кожи человека. Авторы добились 99,99 процента чистоты наночастиц, благодаря чему их можно использовать для производства лекарственных препаратов и медицинских изделий, например покрытий и повязок для ран. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Pharmaceutics.
Наночастицы оксида церия перспективны в качестве ранозаживляющего средства, поскольку они ускоряют восстановление поврежденных тканей и обладают антибактериальным эффектом, предотвращая инфицирование ран. За последние полвека разработаны десятки способов синтеза наночастиц оксида церия, опубликованы сотни работ об их полезных биологических свойствах, однако до сих пор медицинского применения эти наночастицы не нашли. Отчасти это связано с тем, что большинство предложенных подходов позволяют получать малые количества (порядка граммов и микрограммов) наночастиц, при этом плохо воспроизводимы и очень зависят от навыков экспериментатора, что особо заметно в биомедицинских исследованиях, когда разные исследователи при одинаковом методе лабораторного синтеза наноцерия получают разный биологический результат.
Ученые из Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова (Москва), Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова (Москва), Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (Москва), Курского государственного медицинского университета (Курск), Юго-Западного государственного университета (Курск) и научно-производственного предприятия ООО «ЛАНХИТ» (Москва) разработали простой технологичный способ получения наноразмерного оксида церия в промышленных масштабах для его биомедицинского применения и создания в последующем производственных партий нанопрепарата. В рамках предложенного подхода из нитратного раствора путем осаждения получают карбонат церия, который затем разлагают при нагревании. При этом авторы подобрали исходные концентрации веществ, температуру и время нагревания, оптимальные для синтеза наночастиц.
Предложенный подход позволил получить килограммы стабильного химически чистого наноцерия (чистотой 99,99 процента) с заданными размерами (до 10 нанометров) и определенным типом кристаллической решетки. Так, кристаллическая решетка наночастиц имела большое количество структурных дефектов, которые участвуют в нейтрализации активных форм кислорода на поверхности частиц. Это свойство позволяет наночастицам ускорять заживление кожных ран и обеспечивает антибактериальный эффект.
Исследователи нанесли растворы с полученными наночастицами на культуры синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa) — бактерии, вызывающей нагноение ран и имеющей устойчивость к большинству антибиотиков. Все образцы оксида церия продемонстрировали антибактериальную активность, в течение трех суток подавив рост Pseudomonas aeruginosa.
Авторы также протестировали полученные наночастицы на клетках соединительной ткани (фибробластах) и кожи (кератиноцитах). Эти клетки были выбраны потому, что в естественных условиях — в организме человека — они участвуют в заживлении ран. Эксперимент показал, что наноцерий до двух раз ускоряет деление фибробластов и кератиноцитов, а также на 11–23 процента стимулирует обмен веществ в клетках, что будет способствовать скорейшему восстановлению поврежденной кожи.
«В рамках поддержанного Российским научным фондом сотрудничества с научно-производственным предприятием ООО “ЛАНХИТ” мы синтезировали с помощью предложенного подхода стабильные растворы, содержащие наночастицы оксида церия с заданными физико-химическими и биологическими свойствами. Все полученные продукты имели чистоту 99,99 процента и демонстрировали одинаковый биологический эффект при нескольких повторениях синтеза, что подтверждает воспроизводимость выбранной нетоксичной и простой методики. Таким образом, теперь мы можем говорить о производстве новых нанопрепаратов с регенеративным и антимикробным эффектом для нужд медицины в масштабах как минимум нашей страны.
В дальнейшем мы планируем оценить эффективность наночастиц оксида церия при лечении ран у лабораторных животных. В случае положительного результата мы сможем выводить наш продукт в сферу медицинских услуг и обеспечить частичное импортозамещение иностранных лекарственных средств, работающих сегодня на нашем внутреннем рынке», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Силина, доктор медицинских наук, профессор, заведующая лабораторией науки о жизни Первого МГМУ имени И.М. Сеченова.
Ранее в цикле работ авторы описали механизм антимикробной, регенеративной и антиоксидантной активности наночастиц оксида церия, а также получили частицы, окруженные полимерной оболочкой. Такое покрытие предотвращает слипание частиц и снижение их биологической активности.
