Согласно последней работе ученых из США, углеродные наночастицы могут выступать в качестве антиоксидантов. К этому выводу научная группа пришла в результате спектроскопических исследований гидрофильных кластеров углерода. По их мнению, подобные структуры могут выполнять роль ферментов, преобразующих активные формы кислорода, например, супероксиды, в обычный кислород, не влияя на другие свободные радикалы, например, оксид азота. Предполагается, что опубликованная работа в будущем будет иметь важное значение для лечения серьёзных патологий, таких как черепно-мозговые травмы, инсульты, аутоиммунные заболевания и невропатии.

Активные соединения кислорода, к примеру, супероксид, перекись водорода, органические перекиси и гидроксильные радикалы возникают в результате естественного аэробного метаболизма живых существ.

Эти соединения участвуют в широком диапазоне биологических процессов, в том числе, в миграции клеток, циркадианных ритмах, пролиферации и нейрогенезе стволовых клеток. В здоровом организме количество активных соединений жестко регулируется специальными веществами, к примеру глутатионом, витамином А, аскорбиновой и мочевой кислотами, витамином Е и т.п. Однако если активные соединения кислорода производятся в объемах, больших, чем могут «обработать» эти защитные механизмы, возникает излишнее окисление, которое впоследствии вызывает аномалии в метаболизме клеток.

Бороться с негативными последствиями теоретически можно при помощи веществ, снижающих степень окисления. Однако, их влияние распространяется и на другие активные соединения, что может негативно сказаться на организме. К примеру, так же как и активные соединения кислорода, активные соединения азота, такие как оксид, диоксид и триоксид азота, присутствуют во всех живых организмах. Эти свободные радикалы можно назвать условно «хорошими», ведь, в зависимости от окружающей среды, оксид азота может действовать в роли окисляющего или восстанавливающего агента. Это мощный вазодилататор, который играет важную роль в нейротрансмиссии, а также в ряде других биологических процессов. Поскольку в естественных условиях подобные вещества присутствуют лишь в очень малых концентрациях, их необходимо защищать. В самом деле, изменение уровня оксида азота может привести к опасным патологиям, в частности ишемии (инсульту).

Один из способов предотвращения негативных последствий излишнего окисления – использование молекул или частиц антиоксидантов, которые «исправляют» повреждения.

В своей последней работе группа ученых из Rice University (США) предложила новые биологически совместимые углеродные наночастицы, которые могут безопасно «собирать» оксирадикалы и защищать организм грызунов от вызываемых ими повреждений. Произведенные ими частицы представляют собой стержни соединения углерода толщиной около 3 нм и длиной порядка 30 – 40 нм. Это означает, что каждая частица содержит от 2000 до 5000 атомов SP2-углерода.

Антиоксидантные свойства частиц группа ученых оценила при помощи прямой сублимационной ловушки EPR-спектроскопии.

Эта техника основана на измерении электронного парамагнитного резонанса образцов; она позволяет исследователям «наблюдать» неспаренные электроны на супероксиде, при этом сами углеродные наночастицы ведут себя, как катализатор в реакции превращения супероксида в обычный кислород.

Ученые считают, что

их работа может принести существенный вклад в медицину, поскольку очень многие хронические заболевания вызваны перепроизводством супероксидов. А предложенные ими наночастицы быстро снижают уровень супероксида, не влияя при этом на «хорошие» свободные радикалы, такие как оксид азота.

В ближайшее время ученые планируют изучать антиоксидантную активность других соединений углерода в форме наночастиц. Кроме того, они надеются проверить частицы на животных, которые пострадали от инсульта или имеют одно из заболеваний, вызванных излишним окислением.

Подробные детали работы ученых опубликованы в PNAS.