Проблемы получения наночастиц цинка, их пищевые и медицинские перспективы заинтересовали ученых Высшей медико-биологической школы ЮУрГУ во главе с профессором Ириной Потороко. Анализ данных, представленных в открытых источниках, позволил научной группе оценить возможности получения обогатителей нового типа.
Приготовить продукт эксперимента поможет инкубатор / ©Сергей Качко
Полезен ли цинк для организма? В больших количествах вряд ли, но в микродозах он очень важен, ведь он участвует в синтезе белков, доказанном антиоксидантом действии – в том числе перспективном для лечения онкозаболеваний. Дефицит цинка может быть опасен для людей пожилых, для беременных и плода, для пациентов с тяжелыми инфекциями. Обогащение пищевых продуктов цинком – одно из немногих решений проблемы его дефицита.
Известно, что в организме здорового человека сформировано примерно два грамма цинка. Эти запасы тратятся, но ежедневно восстанавливаются примерно на 0,1 процент. В среднем организм мужчины должен получать в сутки около 11 миллиграммов цинка, а женщины – около восьми.
Как полновесно восполнять дефицит этого металла? Неоценимым ресурсом цинка, разумеется, считаются продукты: семена злаков (цинка в них содержится до 3400 мкг/ 100 г), мясо (до 3600 мкг/ 100 г), орехи (до 3000 мкг/ 100 г), молоко (до 445 мкг/ 100 г). При этом продовольственное сырье промышленных регионов может содержать значительно больше цинка, чем сырье с экологически чистых территорий.
Цинк содержится в разных органах в разном количестве: 60 процентов его приходится на скелетные мышцы, 30 – на кости, пять – на печень, и только 0,1 процент находится в сыворотке крови. Обычно всасывание цинка в основном происходит в желудочно-кишечном тракте (двенадцатиперстном и тонком отделах кишечника).
Вот если бы доставка цинка была целевой (таргетной) – прямиком к ожидающим его клеткам, к каждому органу столько, сколько нужно! Вместе с тем, одна из важных задач ‒ обеспечение биодоступности (усваиваемости организмом) цинка, в составе продукта. Повышение биодоступности цинка в сложной пищевой системе возможно за счет применения процессов биомодификации – прежде всего путем уменьшения размера частиц, перевода в наноразмерный ряд.
Как это сделать? Например, использовать эффекты нетеплового действия низкочастотного ультразвука, или заключить цинк в микрокапсулы методом распылительной сушки. Но важно, чтобы продукт распределился равномерно.
Здесь приходят на помощь разработки в области нанотехнологий применяемые в Высшей медико-биологической школе ЮУрГУ, на кафедре Пищевых технологий. Сегодня в рамках исследований научной школы «Пищевой сонохимии» разработаны технологические решения для размещения наночастиц цинка в особую систему, созданную по технологии эмульсии Пикеринга.
Эмульсии Пикеринга известны более 100 лет. Представим себе внутри водного раствора – капли масла, наполненные биоактивными веществами, которые равномерно распределены и сохраняют свои полезные свойства. Почему они не разрушаются? Поддерживать форму им помогают наночастицы, которые скапливаются на границах двух несмешивающихся сред. Вот и транспорт для цинка!
Для того чтобы разместить цинк в этом транспорте используется «зеленая», экологически безопасная технология – нетепловые эффекты ультразвука. Ультразвуковые волны способны обеспечивать кавитацию: в жидкости формируются пузырьки, которые при определенных условиях схлопываются (эффект коллапса). В результате чего, цинк попадает внутрь полости пузырька, а вокруг него формируется защитная оболочка.
Возможны и другие варианты решений. Обогащать цинком не обязательно пищу, которую употребляет непосредственно человек. Западными исследователями (Д. Конкол, К. Войнаровски) показано, что наночастицы цинка ускоряют рост растений и улучшают питательные качества животных продуктов – мяса, молока, яиц.
Эффективная биофортификация поможет человечеству восстановить дефицит цинка (от этой проблемы страдает 17-20 процентов населения планеты). Тем временем ученые из ЮУрГУ совместно с учеными из Туниса задумываются о новых перспективах. Например, о том, чтобы с помощью цинка преодолевать последствия лонг-ковида.
Дело в том, что цинк является мощным иммуномодулирующим элементом. Есть работа Е. Финци (E. Finzi), согласно которой пациенты с официально подтвержденным Covid-19 получали перорально большие дозы солей цинка (до 23 миллиграммов в сутки, вдвое больше нормы), и их состояние улучшилось по сравнению с критическими вариантами. К сожалению, эти исследования проведены на слишком малой выборке и потому не представительны для масштабирования.
Существуют и косвенные соображения. Одно время для лечения коронавируса применялся препарат хлорохин, повышающий концентрацию цинка внутри клеток (минздрав России в итоге отверг его). Существуют также опыт воздействия на коронавирус in-vitro.
Молодые исследователи из Челябинска под руководством профессора Ирины Потороко видят здесь широкое поле для исследований. Начав с публикации обзорной статьи в журнале Biology, они готовы, с помощью имеющего научного задела в области нанотехнологий, найти веские доказательства, новые модели, которые в итоге можно будет претворить в жизнь. Их работа поддержана грантом РНФ.
Остап Давыдов
