Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН впервые получили неорганические аналоги природных энзимов на основе наночастиц диоксида церия и яблочной кислоты, сообщает пресс-служба ИОНХ РАН. Результаты работы опубликованы в журнале Nanomaterials.

Биохимические процессы могут катализировать не только белки, схожие функции могут выполнять и ультрамалые частицы неорганических веществ — нанозимы. В отличие от классических энзимов, они намного более устойчивы к нагреванию, сохраняют каталитическую активность в сильнокислых или сильнощелочных средах, однако обладают на порядки меньшей селективностью и активностью, чем их белковые прототипы. Интерес к нанозимам связан с их низкой стоимостью по сравнению с белками и возможностью их масштабируемого производства.

Нанозимы крайне перспективны для создания современных фармацевтических препаратов, поэтому важно, чтобы все их компоненты были биосовместимы. Наиболее подходящим является диоксид церия, который не только биосовместим, но и стимулирует пролиферацию здоровых клеток, обладая при этом антибактериальным и противовоспалительным действием.

Коллектив учёных из ИОНХ РАН и ИТЭБ РАН в ходе работы над созданием нанобиоматериалов на основе диоксида церия сконцентрировался на анализе энзимоподобных свойств наночастиц диоксида церия, стабилизированных яблочной кислотой. Эта органическая молекула сама по себе участвует в биокаталитических превращениях трикарбоновых кислот, которые вовлечены в процессы клеточного дыхания, и обладает собственной биологической активностью, прежде всего антиоксидантными свойствами.

«Мы намеревались выяснить, как именно энзимоподобные свойства таких наночастиц зависят от их состава, то есть количества органических молекул на поверхности наночастиц», — рассказал руководитель исследования член-корреспондент РАН Владимир Иванов.

Для исследования свойств наночастиц учёные использовали чрезвычайно высокочувствительный хемилюминесцентный метод. В ходе работы выяснилось, что при малом содержании органического стабилизатора на поверхности наночастиц диоксида церия они увеличивают скорость образования реакционноспособных свободных радикалов в системе, то есть способствуют протеканию окислительных реакций. Аналогичную активность по отношению к пероксиду водорода проявляет и природный фермент пероксидаза. Напротив, при высоком содержании яблочной кислоты наночастицы замедляли образование радикалов, то есть показали антиоксидантную активность.

Таким образом, изменяя количество молекул, находящихся на поверхности наночастиц, можно переключать их свойства. Для описания этого эффекта можно использовать геометрическую модель, которая, как считают учёные, может быть использована для предсказания биологических свойств и других наноматериалов.

«Кроме того, мы провели тщательные исследования биологической совместимости полученных наночастиц, которые достоверно показали, что они не являются токсичными по отношению к стволовым клеткам человека. В целом полученные результаты открывают новые возможности для получения биосовместимых неорганических наноматериалов с регулируемыми про- и антиоксидантными свойствами», — добавил руководитель исследования.

Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-13-00370).

Источник: пресс-служба ИОНХ РАН.