Фуллерены: о перспективах использования в медицине

Атомы углерода способны образовывать различные кристаллические, полимерные и молекулярные структуры. Примером устойчивой молекулярной структуры являются фуллерены, представляющие собой замкнутые сферические углеродные каркасы. Наиболее изучены фуллерены С₆₀ и С₇₀, молекулы которых содержат 60 и 70 атомов углерода соответственно. Молекула С₆₀ имеет форму усеченного икосаэдра и напоминает футбольный мяч (пятиугольники чередуются с шестиугольниками) радиусом около 0,36 нм (Романов Р.В., Скворцевич Е.Г., 2002; Захаров А.А., 2015). Тема фуллеренов в настоящее время популярна, речь идет даже о «фуллереновой лихорадке» (Пиотровский Л.Б., Киселев О.И., 2006). Данные исследований в целом свидетельствуют в пользу низкой токсичности фуллеренов, хотя в некоторых экспериментальных работах сообщалось о токсических эффектах (Романов Р.В., Скворцевич Е.Г., 2002; Пиотровский Л.Б., Киселев О.И., 2006; Разумов В.Ф., Клюев М.В., 2008; Gelderman M.P. et al., 2008; Aschberger K. et al., 2010; Larner S.F. et al., 2017). Предполагается, что токсичность в ряде случаев могла быть обусловлена высокими дозами фуллеренов, лигандами или примесями (Uo M., 2011). Как известно, другие формы чистого углерода нетоксичны. Особенностью некоторых наночастиц, в том числе фуллеренов, может быть их способность проникать в организм через легкие, преодолевать гематоэнцефалический барьер и цитоплазматические мембраны (Larner S.F. et al., 2017). В отличие от углеродных нанотрубок, имеющиеся данные относительно канцерогенности фуллеренов считаются недостаточными для объективной оценки. Проводившиеся на грызунах испытания на канцерогенность дали отрицательные результаты. In vitro фуллерен C₆₀ при одновременном облучении видимым светом вызывал повреждение ДНК (Tsuda H. et al., 2009). Отметим, что в литературе преимущественно обсуждается токсичность самих фуллеренов. При этом иногда упускаются из виду примеси, образующиеся из исходного сырья, или побочные продукты реакций, например, имеющих целью получение водорастворимых производных фуллеренов (Hirsch A., 1994).

Небольшое количество фуллеренов может присутствовать в саже, угле и шунгите (Романов Р.В., Скворцевич Е.Г., 2002; Николаев И.В. и соавт., 2011). Канцерогенное действие сажи давно известно на примере рака кожи трубочистов. Каменный уголь и продукты его переработки также могут содержать канцерогены. В качестве природного источника фуллеренов предлагалось использовать шунгит, занимающий промежуточное положение между антрацитом и графитом (Глебашев С.Г. и соавт., 1999). Как правило, получаемый продукт — обогащенная искомым веществом смесь компонентов исходного продукта. При синтезе также образуются побочные продукты. В частности, препараты фуллеренов могут содержать их ближайшие химические аналоги — полициклические соединения ароматического ряда (Романов Р.В., Скворцевич Е.Г., 2002; Николаев И.В. и соавт., 2011).

Производство фуллеренов включает получение фуллеренсодержащей сажи с последующей экстракцией органическими растворителями (Захаров А.А., 2015). Очистку экстракта выполняют на хроматографическом сорбенте или путем кристаллизации из насыщенного раствора при низкой температуре (Грушко Ю.С., Захаров А.А., 2005; Седов В.П., 2005). Существуют различные способы получения фуллеренсодержащей сажи: нагревание графитовых стержней электрическим током в вакууме, электрическая дуга между графитовыми электродами в атмосфере гелия, испарение углерода с помощью лазера, сжигание углеводородов и нафталина. Получаемая сажа может содержать примеси, в особенности полиароматические углеводороды (Николаев И.В. и соавт., 2011). В идеальных условиях при получении сажи из чистого графита электродуговым методом в атмосфере инертного газа кислородосодержащих соединений углерода образовываться не должно, однако остается вопрос чистоты исходного сырья, газа и других реактивов.

Среди предполагаемых полезных свойств фуллеренов в первую очередь обсуждается антиоксидантная активность, которую связывают с наличием в их молекулах двойных связей (Разумов В.Ф., Клюев М.В., 2008). Однако двойные связи имеются во многих органических соединениях. Сведения о влиянии фуллеренов на окислительно-восстановительный баланс отчасти противоречивы. Предполагается, что биологические эффекты фуллеренов опосредованы как поглощением свободных радикалов, так и их генерацией (Романов Р.В., Скворцевич Е.Г., 2002). Окислительно-восстановительный баланс организма поддерживается в динамическом равновесии под влиянием многих факторов; вызывает сомнение, что его временный сдвиг с помощью фармакологических препаратов полезен априори. Действие антиоксидантов может быть как полезным, так и вредным. Под термином «антиоксиданты» подразумевают различные вещества, например витамины, иногда со сложным механизмом действия. Далеко не всегда ясно, показан ли прием антиоксидантов, какие препараты и в каком количестве следует применять (Papas A.M., 1999; Denisov E.V., Afanas’ev I.B., 2005; Edeas M., 2009; Soory M., 2012; Ashor A.W. et al., 2014; Kaludercic N. et al., 2014; Giorgio M., 2015; Conti V. et al., 2016).

Особая структура молекул фуллеренов привлекает внимание исследователей и широкой публики. Безусловно, эти вещества заслуживают дальнейшего изучения (Чекман І.С., 2009). В частности, необходимы исследования содержащих фуллерены препаратов с целью выявления возможного токсического, в том числе канцерогенного действия. Эксперименты на животных допустимы лишь в условиях, когда конфликты интересов не влияют на результаты и выводы. Канцерогены можно также выявлять методами химического анализа.

• Глебашев С.Г., Аксенов Е.И., Сементовский Ю.В. (1999) Шунгит. Геоинформмарк, Москва.
• Грушко Ю.С., Захаров А.А. (2005) Выбор технологического варианта получения чистого фуллерена С₇₀. Курчатовский ин-т, Гатчина.
• Захаров А.А. (2015) Условия синтеза фуллеренов. Курчатовский ин-т, Гатчина.
• Николаев И.В., Лебедев В.М., Орлова Д.Н., Иванова И.Н. (2011) Методы синтеза, строение и физико-химические свойства фуллеренов. Курчатовский ин-т, Гатчина.
• Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. (2006) Фуллерены в биологии. Наука, Санкт-Петербург.
• Разумов В.Ф., Клюев М.В. (2008) Функциональные производные фуллеренов. Изд. Ивановского ун-та, Иваново.
• Романов Р.В., Скворцевич Е.Г. (2002) Биологические эффекты фуллеренов. Вопр. биол. мед. фарм. химии, 1: 32–36.
• Седов В.П. (2005) Использование метода кристаллизации для получения чистых фуллеренов С₆₀ и С₇₀. Курчатовский ин-т, Гатчина.
• Чекман І.С. (2009) Нанонаука: історичний аспект, перспективи досліджень. Укр. мед. часопис, 3(71): 19–21.
• Aschberger K., Johnston H.J., Stone V. et al. (2010) Review of fullerene toxicity and exposure — appraisal of a human health risk assessment, based on open literature. Regul. Toxicol. Pharmacol., 58: 455–473.
• Ashor A.W., Siervo M., Lara J. et al. (2014) Antioxidant vitamin supplementation reduces arterial stiffness in adults: a systematic review and meta-ana­lysis of randomized controlled trials. J. Nutr., 144: 1594–1602.
• Conti V., Izzo V., Corbi G. et al. (2016) Antioxidant supplementation in the treatment of aging-associated diseases. Front. Pharmacol., 7: 24.
• Denisov E.V., Afanas’ev I.B. (2005) Oxidation and Antioxidants in Organic Chemistry and Biology. Taylor & Francis, Boca Raton, Florida, p. 1024.
• Edeas M. (2009) Anti-oxidants, controversies and perspectives: How can the failure of clinical studies using anti-oxidants be explained? J. Soc. Biol., 203: 271–280.
• Gelderman M.P., Simakova O., Clogston J.D. et al. (2008) Adverse effects of fullerenes on endothelial cells: fullerenol C₆₀(OH)₂₄ induced tissue factor and ICAM-I membrane expression and apoptosis in vitro. Int. J. Nanomedicine., 3: 59–68.
• Giorgio M. (2015) Oxidative stress and the unfulfilled promises of antioxidant agents. Ecancermedicalscience, 9: 556.
• Hirsch A. (1994) The chemistry of the fullerenes. Thieme, Stuttgart, p. 203.
• Kaludercic N., Deshwal S., Di Lisa F. (2014) Reactive oxygen species and redox compartmentalization. Front. Physiol., 5: 285.
• Larner S.F., Wang J., Goodman J. et al. (2017) In vitro neurotoxicity resulting from exposure of cultured neural cells to several types of nanoparticles. J. Cell Death, 10: 1179670717694523.
• Papas A.M. (1999) Antioxidant status, diet, nutrition, and health. CRC Press, Boca Raton, Florida, p. 479.
• Soory M. (2012) Nutritional antioxidants and their applications in cardiometabolic diseases. Infect. Disord. Drug Targets., 12: 388–401.
• Tsuda H., Xu J., Sakai Y. et al. (2009) Toxicology of engineered nanomaterials — a review of carcinogenic potential. Asian Pac. J. Cancer Prev., 10: 975–980.
• Uo M., Akasaka T., Watari F. et al. (2011) Toxicity evaluations of various carbon nanomaterials. Dent. Mater. J., 30: 245–263.

С.В. Яргин
Российский университет дружбы народов, Москва