Биологи в экспериментах на мышах доказали, что лигнин — химически устойчивый растительный полимер, выделенный из овса, — нетоксичен и может использоваться, чтобы предотвратить накопление «дефектных» клеток в часто делящихся тканях — костном мозге и половых железах. Благодаря этому препараты на основе лигнина потенциально можно будет использовать для борьбы с последствиями радиационного облучения.
Утренний осмотр лабораторных животных / © Людмила Кочева, пресс-служба РНФ
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Biological Macromolecules.
Клеточные стенки растений очень прочные благодаря двум полимерам — целлюлозе и лигнину. Лигнин, помимо механической функции, также повышает устойчивость растений к неблагоприятным условиям окружающей среды, например, действию химикатов и паразитов. Такие защитные функции связаны с тем, что это соединение обладает антиоксидантным, противогрибковым и антибактериальным эффектами.
Ученые считают, что полезные свойства лигнина можно использовать в медицинских целях, если вводить соответствующее соединение в организм человека. Однако влияние лигнина на организм животных и человека до сих пор оставалось недостаточно исследованным, поэтому не было возможным делать выводы о его безопасности и эффективности.
Исследователи из Федерального исследовательского центра «Коми научный центр УрО РАН» (Сыктывкар) исследовали безопасность и биологическую активность лигнина, полученного из стеблей овса Avena sativa. Это растение авторы выбрали потому, что получаемый из него лигнин содержит большое количество фенольных групп, которые определяют антиоксидантный эффект.
Биологи химически извлекли лигнин из стеблей овса и растворили его в воде по авторской методике. Сначала исследователи доказали отсутствие токсического эффекта такого препарата на культурах клеток человека. Затем ученые проверили, не оказывает ли препарат токсического действия на организм лабораторных мышей. Для этого 20 животным в брюшную полость ввели раствор лигнина в четырех разных концентрациях (в каждой экспериментальной группе было по пять мышей). Еще пять грызунов использовались в качестве контрольной группы — они получили вместо лигнина физиологический раствор.
Эксперимент показал, что препарат не приводит к ухудшению состояния животных. Более того, он запускает процессы уничтожения клеток с поврежденной ДНК в костном мозге и щитовидной железе, что уберегает эти органы от накопления дефектов.
Кроме того, авторы проверили эффект длительного приема лигнина мышами. Для этого грызунам ежедневно вводили раствор полимера в течение 1–8 месяцев. По окончании этого срока биологи исследовали состояние их внутренних органов.
Эксперименты показали, что вес животных, получавших лигнин, а также масса и внешний вид их внутренних органов не отличались от группы контроля. Таким образом, негативного воздействия препарата не наблюдалось. При этом на половые органы грызунов лигнин, напротив, оказал выраженный положительный эффект. Так, у самцов длительный прием препарата на 30 процентов увеличил выработку половых клеток и на 35 процентов уменьшил количество «дефектных» сперматозоидов. У самок лигнин на 15 процентов удлинил благоприятную для зачатия стадию цикла, тем самым повысив фертильность.
Авторы также провели тесты на когнитивные способности мышей из экспериментальной и контрольной групп, отслеживая поведение грызунов на круглой открытой площадке. Наблюдения показали, что лигнин стимулирует исследовательское поведение у животных и снижает тревожность.
«В ходе экспериментов мы подтвердили, что лигнин из овса не оказывает токсического действия на грызунов. Это указывает на то, что полимер потенциально может лечь в основу биомедицинских препаратов. Мы определили, что лигнин препятствует накоплению клеток с поврежденной ДНК в интенсивно делящихся тканях — в костном мозге и половых железах.
Поэтому наше исследование станет важным этапом для последующей работы по выявлению противорадиационных свойств природных лигнинов. В дальнейшем мы планируем изучить и апробировать в экспериментах на лабораторных животных другие лигнины, выделенные из древесных и травянистых лекарственных растений, и тем самым расширить спектр препаратов биомедицинского назначения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Людмила Кочева, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник ФИЦ Коми НЦ УрО РАН.
Ранее исследователи получили из распространенного на территории России сорного растения — борщевика Сосновского — наноматериал, способный удалять из воды радионуклиды. Разработку можно использовать для очистки стоков радиационно опасных предприятий.
