Fulereni: nepričakovane biološke lastnosti ogljikovih nanodelcev. Metode pridobivanja in uporabe fulerenov

Molekulska oblika ogljika oziroma njegove alotropske modifikacije fuleren je dolg niz atomskih skupkov C n (n > 20), ki so konveksni sklenjeni poliedri, zgrajeni iz atomov ogljika in imajo peterokotne ali šestkotne ploskve (tukaj so zelo redke izjeme). ). Atomi ogljika v nesubstituiranih fulerenih težijo k temu, da so v hibridnem stanju sp 2 s koordinacijskim številom 3. Na ta način nastane sferični konjugiran nenasičen sistem po teoriji valenčnih vezi.

Splošni opis

Najbolj termodinamično stabilna oblika ogljika v normalnih pogojih je grafit, ki je videti kot kup grafenskih plošč, komaj povezanih med seboj: ploščate mreže, sestavljene iz šesterokotnih celic z ogljikovimi atomi na vrhu. Vsak od njih je vezan na tri sosednje atome, četrti valenčni elektron pa tvori sistem pi. To pomeni, da je fuleren le taka molekularna oblika, torej je slika hibridnega stanja sp 2 očitna. Če se v grafensko ploščo vnesejo geometrijske napake, se bo neizogibno oblikovala zaprta struktura. Takšne napake so na primer petčlenski cikli (pentagonalne ploskve), ki so v kemiji ogljika prav tako pogosti skupaj s heksagonalnimi.

Narava in tehnologija

Pridobivanje fulerenov v čisti obliki je možno z umetno sintezo. Te spojine se še naprej intenzivno preučujejo v različnih državah, ugotavljajo pogoje, pod katerimi poteka njihov nastanek, obravnavajo pa se tudi struktura fuleren in njihove lastnosti. Področje njihove uporabe se vedno bolj širi. Izkazalo se je, da veliko količino fuleren vsebujejo saje, ki nastanejo na grafitnih elektrodah v obločni razelektritvi. Nihče prej ni videl tega dejstva.

Ko so fulerene pridobili v laboratoriju, so molekule ogljika začeli najti v naravi. V Kareliji so jih našli v vzorcih šungitov, v Indiji in ZDA - v furulgitih. Molekul ogljika je tudi veliko in pogosto v meteoritih in sedimentih na dnu, ki so stari vsaj petinšestdeset milijonov let. Na Zemlji lahko čisti fulereni nastanejo ob razelektritvi strele in pri zgorevanju zemeljskega plina. prevzetih v Sredozemskem morju, so preučevali leta 2011 in izkazalo se je, da je fuleren prisoten v vseh odvzetih vzorcih – od Istanbula do Barcelone. Fizikalne lastnosti te snovi povzročajo spontano tvorbo. Prav tako so ga v vesolju odkrili ogromne količine – tako v plinasti kot trdni obliki.

Sinteza

Prvi poskusi izolacije fuleren so se zgodili preko kondenziranih grafitnih hlapov, ki so bili pridobljeni z laserskim obsevanjem trdnih vzorcev grafita. Fulerenov je bilo mogoče dobiti le v sledovih. Šele leta 1990 so kemiki Huffman, Lamb in Kretschmer razvili novo metodo za ekstrakcijo fulerenov v gramskih količinah. Sestavljen je iz žganja grafitnih elektrod z električnim oblokom v atmosferi helija in pri nizkem tlaku. Anoda je bila erodirana, na stenah komore pa so se pojavile saje, ki vsebujejo fulerene.

Nato so saje raztopili v toluenu ali benzenu in v nastalo raztopino so se sprostili grami čistih molekul C70 in C60. Razmerje - 1:3. Poleg tega je raztopina vsebovala dva odstotka težkih fulerenov višjega reda. Zdaj je preostalo le še izbrati optimalne parametre za izhlapevanje - atmosfersko sestavo, tlak, premer elektrode, tok in tako naprej, da bi dosegli največji izkoristek fulerenov. Sestavljali so približno dvanajst odstotkov samega anodnega materiala. Zato so fulereni tako dragi.

Proizvodnja

Vsi poskusi znanstvenih eksperimentatorjev so bili sprva zaman: produktivne in poceni metode za proizvodnjo fulerenov niso bile najdene. Niti zgorevanje ogljikovodikov v plamenu niti kemična sinteza nista pripeljala do uspeha. Najbolj produktivna je ostala metoda z električnim oblokom, ki je omogočila pridobivanje približno enega grama fulerenov na uro. Mitsubishi je vzpostavil industrijsko proizvodnjo s sežiganjem ogljikovodikov, vendar njihovi fulereni niso čisti – vsebujejo molekule kisika. In sam mehanizem nastanka te snovi ostaja nejasen, saj so procesi zgorevanja obloka s termodinamičnega vidika izjemno nestabilni, kar močno ovira obravnavo teorije. Edina neizpodbitna dejstva so, da fuleren zbira posamezne atome ogljika, to je fragmente C 2 . Vendar jasna slika o nastanku te snovi ni bila oblikovana.

Visoki stroški fulerenov niso določeni le z nizkim izkoristkom med zgorevanjem. Izolacija, čiščenje, ločevanje fuleren različnih mas iz saj - vsi ti procesi so precej zapleteni. To še posebej velja za ločevanje zmesi v ločene molekularne frakcije, ki poteka s pomočjo tekočinske kromatografije na kolonah in visokega tlaka. Na zadnji stopnji se preostalo topilo odstrani iz že trdnega fulerena. Da bi to naredili, vzorec hranimo v pogojih dinamičnega vakuuma pri temperaturah do dvesto petdeset stopinj. Toda plus je, da je med razvojem fulerena C 60 in njegovo proizvodnjo v makro količinah organska kemija dobila samostojno vejo - kemijo fuleren, ki je postala neverjetno priljubljena.

Korist

Derivati fulerena se uporabljajo na različnih področjih tehnologije. Fulerenski filmi in kristali so polprevodniki, ki kažejo fotoprevodnost pri optičnem obsevanju. Če so kristali C60 dopirani z atomi alkalijskih kovin, preidejo v stanje superprevodnosti. Raztopine fulerena imajo nelinearne optične lastnosti, zato jih lahko uporabimo kot osnovo za optične zaklope, ki so potrebni za zaščito pred intenzivnim sevanjem. Fuleren se uporablja tudi kot katalizator za sintezo diamantov. Fulereni se pogosto uporabljajo v biologiji in medicini. Na delu so tri lastnosti teh molekul: lipofilnost, ki določa membranotropnost, pomanjkanje elektronov, ki daje sposobnost interakcije s prostimi radikali, pa tudi sposobnost prenosa lastnega vzburjenega stanja na navadno molekulo kisika in pretvorbo tega kisika v singlet.

Takšne aktivne oblike snovi napadajo biomolekule: nukleinske kisline, proteine, lipide. Reaktivne kisikove vrste se uporabljajo v fotodinamični terapiji za zdravljenje raka. V pacientovo kri se vnesejo fotosenzibilizatorji, ki ustvarjajo reaktivne kisikove spojine - same fulerene ali njihove derivate. Pretok krvi v tumorju je šibkejši kot v zdravem tkivu, zato se v njem kopičijo fotosenzibilizatorji, po ciljnem obsevanju pa se molekule vzbudijo in pri tem nastanejo reaktivne kisikove spojine. rakave celice so podvržene apoptozi in tumor je uničen. Poleg tega imajo fulereni antioksidativne lastnosti in lovijo reaktivne kisikove vrste.

Fuleren zmanjša aktivnost HIV integraze, proteina, ki je odgovoren za integracijo virusa v DNK, interakcijo z njo, spreminjanje njegove konformacije in odvzem njegove glavne škodljive funkcije. Nekateri derivati fulerena neposredno interagirajo z DNK in ovirajo delovanje restiktaz.

Več o medicini

Leta 2007 so vodotopne fulerene začeli uporabljati kot antialergijska sredstva. Študije so bile izvedene na človeških celicah in krvi, ki so bile izpostavljene derivatom fulerena - C60(NEt)x in C60(OH)x. Pri poskusih na živih organizmih – miših – so bili rezultati pozitivni.

Že zdaj se ta snov uporablja kot vektor za dostavo zdravil, saj voda s fulereni (ne pozabite na hidrofobnost C 60) zelo enostavno prodre skozi celično membrano. Na primer, eritropoetin, vnesen neposredno v kri, se razgradi v znatnih količinah, če pa ga uporabljamo skupaj s fulereni, se koncentracija več kot podvoji in zato vstopi v celico.

Fiziki in kemiki so našli veliko uporab za fulerene: uporabljajo se pri sintezi novih spojin v optiki in pri proizvodnji prevodnikov. Dolgo časa so bili podatki o bioloških lastnostih fulerenov dvoumni: biologi so jih razglasili za strupene ali odkrili antioksidativne lastnosti fulerenov in predlagali njihovo uporabo pri zdravljenju tako resnih bolezni, kot je bronhialna astma.

Dolgožive podgane

Leta 2012 je izšla publikacija, ki je pritegnila pozornost gerontologov – specialistov, ki se ukvarjajo s problemi staranja. V tem delu so Tarek Baati in soavtorji * pokazali impresivne rezultate - podgane, hranjene s suspenzijo fulerenov v oljčnem olju, so živele dvakrat dlje kot običajno, poleg tega pa so pokazale povečano odpornost na toksične dejavnike (kot je ogljikov tetraklorid). Toksičnost te spojine je posledica njene sposobnosti generiranja reaktivnih kisikovih spojin (ROS), kar pomeni, da je biološke učinke fuleren najverjetneje mogoče pojasniti z njihovimi antioksidativnimi lastnostmi (zmožnostjo "prestrezanja" in deaktiviranja ROS).

* - "Biomolekula" je o tem že podrobno govorila: « » . - Ed.

Povezava med reaktivnimi kisikovimi spojinami in procesi, ki se odvijajo med staranjem, je zdaj skoraj nedvomna. Od 60. let dvajsetega stoletja, ko je bila oblikovana teorija staranja o prostih radikalih, do danes se je količina podatkov, ki to stališče potrjujejo, le kopičila. Vendar pa do zdaj noben antioksidant - ne naravni ne sintetični - ni povzročil tako osupljivega podaljšanja pričakovane življenjske dobe poskusnih živali kot v poskusih Baatija in sodelavcev. Celo antioksidanti »ciljno usmerjenega delovanja«, ki jih je posebej oblikovala ekipa pod vodstvom akademika Skulačeva - tako imenovani »ioni Skulačeva« ali spojine serije SkQ - so pokazali manj pomembne učinke.

Te snovi so lipofilne, pozitivno nabite molekule s pritrjenim antioksidantnim »repom«, ki se zaradi svoje strukture lahko kopičijo v mitohondrijih (v teh organelih evkariontskih celic nastajajo reaktivne kisikove vrste). Vendar pa so spojine serije SkQ podaljšale življenje poskusnih miši v povprečju le za 30 %.

Slika 2. levo- miš, katere staranje je upočasnjeno zaradi vnosa "Skulačevih ionov", desno- miška iz kontrolne skupine.

Zakaj so se fulereni izkazali za tako učinkovite v boju proti staranju?

Ob tem vprašanju smo začeli razmišljati o možnosti obstoja dodatnega mehanizma biološkega delovanja fulerenov - poleg že znanega antioksidativnega. Namig je bil odkrit pri preučevanju ene od spojin serije SkQ - SkQR1, ki vsebuje ostanek rodamina. Ta povezava spada v skupino protonoforji- molekule, ki so sposobne prenesti protone iz medmembranskega prostora skozi membrano v mitohondrijski matriks in tako zmanjšati transmembranski potencial (Δψ). Kot je znano, prav ta potencial, ki obstaja zaradi razlike v vsebnosti protonov na različnih straneh membrane, zagotavlja proizvodnjo energije v celici. Vendar pa je tudi vir nastajanja ROS. V bistvu so reaktivne kisikove vrste tukaj podobne "strupenim odpadkom" pri proizvodnji energije. Čeprav imajo številne uporabne funkcije, so ROS predvsem vir poškodb DNA, lipidov in številnih znotrajceličnih struktur.

Slika 3. Shema strukture mitohondrijev ( levo), prenos protonov z organskimi kislinami - "mehki odklopniki" ( v središču) - in dinitrofenol - najbolj znan med "ločevalci" ( desno).

Obstajajo dokazi, da je lahko določeno zmanjšanje transmembranskega potenciala mitohondrijev koristno za celice. Zmanjšanje le za 10 % povzroči 10-kratno zmanjšanje proizvodnje ROS! Obstajajo tako imenovani "mehki odklopniki", ki povečajo protonsko prevodnost membran, kar povzroči "odklop" dihanja in fosforilacije ATP.

Morda je najbolj znan »ločevalnik« DNF ali 2,4-dinitrofenol (slika 3). V tridesetih letih dvajsetega stoletja so ga zelo aktivno uporabljali pri zdravljenju debelosti. Pravzaprav je dinitrofenol prvi "topilec maščob", ki se uporablja v uradni medicini. Pod njegovim vplivom celica preklopi na alternativno presnovno pot, pri čemer se sproži »kurjenje« maščob, energija, ki jo prejme celica, pa se ne shrani v ATP kot običajno, ampak se oddaja v obliki toplote.

Iskanje preprostih načinov za hujšanje bo vedno pomembno, dokler bodo predstavniki Homo sapiens bodo skrbeli za svoj videz; Vendar pa je za našo študijo bolj zanimivo dejstvo, da takšni "mehki odklopniki" zmanjšajo proizvodnjo ROS in lahko v majhnih odmerkih pomagajo podaljšati življenje.

Postavlja se vprašanje: ali lahko fulereni poleg antioksidativnih lastnosti izkazujejo tudi lastnosti »nosilcev« protonov in tako delujejo na obe strani hkrati? Konec koncev je sferična molekula fulerena od znotraj votla, kar pomeni, da se majhni delci, kot so protoni, zlahka prilegajo vanjo.

Modelarstvo in silico: kaj so naredili fiziki

Da bi preizkusili to hipotezo, je ekipa raziskovalnega centra "Nanoscale Structure of Matter" izvedla zapletene izračune. Tako kot v zgodbi z odkritjem fulerena je tudi v našem študiju računalniško modeliranje potekalo pred eksperimenti. Modeliranje možnosti prodiranja protona v fuleren in porazdelitve naboja v takem sistemu je bilo izvedeno na podlagi teorije gostotnega funkcionala (DFT). Je široko uporabljeno orodje za kvantno kemijsko računanje, ki omogoča izračun lastnosti molekul z visoko natančnostjo.

V simulaciji so enega ali več protonov postavili zunaj fulerena, nato pa izračunali najbolj optimalno konfiguracijo – takšno, pri kateri bi bila skupna energija sistema minimalna. Rezultati izračuna so pokazali: protoni lahko prodrejo v notranjost fulerena! Izkazalo se je, da se lahko znotraj molekule C 60 hkrati kopiči do šest protonov, vendar sedmi in naslednji ne bodo mogli več prodreti v notranjost in bodo odbiti - dejstvo je, da je fuleren "nabit" s protoni pridobi pozitiven naboj (in, kot je znano, se podobno nabiti delci odbijajo).

Slika 4. Porazdelitev pozitivnega naboja znotraj sistema “fuleren + protoni”. Od leve proti desni: dva, štiri ali šest protonov znotraj fulerena. Barva označuje porazdelitev naboja: od nevtralnega ( rdeča) do šibko pozitivno ( modra).

To se zgodi zato, ker protoni, ki prodrejo v notranjost fulerenske "krogle", pritegnejo elektronske oblake ogljikovih atomov, kar vodi do prerazporeditve naboja v sistemu "protoni + fuleren". Več protonov prodre v notranjost, močnejši je pozitivni naboj na površini fulerena, medtem ko se protoni, nasprotno, vse bolj približujejo nevtralnim vrednostim. Ta vzorec lahko vidimo tudi na sliki 4: ko število protonov v krogli preseže 4, postanejo nevtralni (rumeno-oranžna barva), površina fulerena pa postane vse bolj modra.

Sprva so bili izračuni izvedeni le v sistemu "fuleren + protoni" (brez upoštevanja vpliva drugih molekul). Toda v celici fuleren ni v vakuumu, temveč v vodnem okolju, napolnjenem s številnimi spojinami različnih stopenj kompleksnosti. Zato so fiziki na naslednji stopnji modeliranja v sistem dodali 47 molekul vode, ki obkrožajo fuleren, in preverili, ali bi njihova prisotnost vplivala na interakcijo s protoni. Toda tudi v prisotnosti vode je model deloval uspešno.

Ali biologi potrjujejo hipotezo?

Novica, da lahko fulereni adsorbirajo protone in celo pridobijo pozitiven naboj, je navdihnila biologe. Zdi se, da te edinstvene molekule dejansko delujejo na več načinov hkrati: inaktivirajo reaktivne kisikove vrste (zlasti hidroksilne radikale, ki jih vežejo na številne dvojne vezi), ciljno kopičijo v mitohondrijih zaradi svojih lipofilnih lastnosti in pridobljenega pozitivnega naboja ter, poleg tega zmanjšajo transmembranski potencial s prenosom protonov v mitohondrije, kot drugi "mehki razklopniki" dihanja in oksidativne fosforilacije.

Za preučevanje antioksidativnih lastnosti fulerenov smo uporabili sistem hitrih testov na osnovi bioluminiscenčnih bakterijskih biosenzorjev. Biosenzorji so v tem primeru gensko spremenjene bakterije, ki so sposobne zaznati povečanje znotrajcelične generacije ROS in to »signalizirati« raziskovalcem. Pri ustvarjanju biosenzorjev v genomu enega od neškodljivih sevov Escherichia coli Escherichia coli uveden je umetni konstrukt, sestavljen iz genov za luminiscenco (sijaj), ki so pod nadzorom specifičnih promotorji- regulatorni elementi, ki se "vklopijo", ko se poveča znotrajcelična tvorba reaktivnih kisikovih vrst ali pod vplivom drugih stresnih dejavnikov - na primer, ko je DNA poškodovana. Ko začne na celico delovati takšen stresni dejavnik, začne bakterija svetiti in po stopnji tega sijaja lahko dovolj natančno določimo stopnjo poškodovanosti.

Slika 5. Svetleče bakterije na petrijevki ( levo) in princip delovanja biosenzorjev ( desno).

Takšni modificirani sevi se razvijajo na Državnem raziskovalnem inštitutu za genetiko in se pogosto uporabljajo v genetski toksikologiji pri preučevanju mehanizmov delovanja sevanja in oksidativnega stresa, delovanja antioksidantov (zlasti SkQ1), pa tudi za iskanje novih obetavni antioksidanti med snovmi, ki so jih sintetizirali kemiki.

V našem primeru je uporaba bakterijskega modela posledica naslednjega: bakterije, kot je znano, pripadajo prokariontom, njihove celice pa so preprostejše od evkariontskih. Procesi, ki se pojavljajo v mitohondrijski membrani evkariontov, se izvajajo neposredno v celični membrani prokariontov; v tem smislu so bakterije »lastni mitohondriji«. (Neverjetna podobnost strukture teh organelov z bakterijami je nekoč celo služila kot osnova za t.i. simbiotska teorija izvora evkariontov.) Posledično je tak model zelo primeren za preučevanje procesov, ki se dogajajo v mitohondrijih.

Prvi rezultati so pokazali, da je vodna suspenzija fulerena C60, obdelana z ultrazvokom za učinkovitejše raztapljanje, ko je dodana kulturi biosenzorjev, povečala njihovo odpornost na poškodbe DNK z reaktivnimi kisikovimi spojinami. Stopnja takšne poškodbe v poskusu je bila za 50–60 % nižja kot v kontroli.

Poleg tega so ob dodajanju suspenzije C60 zabeležili zmanjšanje stopnje spontane proizvodnje superoksidnega anionskega radikala v celicah seva SoxS-lux. Posebnost tega seva je ravno povezava med stopnjo njegovega luminiscence in količino superoksidnega anionskega radikala. Točno to je učinek, ki ga je treba pričakovati od spojine, ki deluje po principu "mehkih ločilnikov" - če se transmembranski potencial zmanjša, bo ROS (predvsem superoksid) proizveden v manjših količinah.

Dobljeni rezultati so seveda zelo preliminarni in delo še poteka, zato je v podnaslovu tega razdelka vprašaj. Čas bo pokazal, ali ga lahko sčasoma nadomestimo s samozavestnim vzklikom. Nekaj je jasno – v bližnji prihodnosti bodo fulereni neizogibno v središču pozornosti znanstvenih skupin, ki preučujejo probleme staranja in iščejo geroprotektorji- snovi, ki upočasnjujejo staranje. In kdo ve, ali bodo te drobne "kroglice" postale upanje za podaljšanje tako kratkega človeškega življenja?

Delo je potekalo v laboratoriju eksperimentalne mutageneze in laboratoriju industrijskih mikroorganizmov Raziskovalnega inštituta za biologijo Južne zvezne univerze, pa tudi v raziskovalnem centru "Nanosna struktura snovi" Južne zvezne univerze pod vodstvom prof. A.V. Soldatova. Glavni rezultati modeliranja sistema "fuleren + protoni" oziroma biološki učinki so opisani v delih:

Chistyakov V.A., Smirnova Yu.O., Prazdnova E.V., Soldatov A.V. (2013). Možni mehanizmi antioksidativnega delovanja fulerena C60. Biomed. Res. Int. 2013, 821498 in
Prazdnova E.V., Chistyakov V.A., Smirnova Yu.O., Soldatov A.V., Alperovich I.G. (2013). Možni mehanizmi antioksidativnega delovanja fulerena C60. V: II nemško-ruska interdisciplinarna delavnica “Nanodesign: fizika, kemija in računalniško modeliranje”. Rostov na Donu, 2013, 23.

Literatura

Sokolov V. I., Stankevič I. V. (1993). Fulereni so nove alotropne oblike ogljika: struktura, elektronska zgradba in kemijske lastnosti. Uspehi kemije 62b, 455;
Buseck P. R., Tsipursky S. J., Hettich R. (1992). Fulereni iz geološkega okolja. Znanost 257, 215–217; ;
Eye of the Planets: “Fuleren prvič odkrit v vesolju”;
Andrievsky G.V., Kločkov V.K., Derevyanchenko L.I. Ali je molekula fulerena C60 strupena? Ali na vprašanje: "Kakšna svetloba bo dana fulerenski nanotehnologiji - rdeča ali zelena?" . Elektronska revija “Vsa medicina na internetu!”;
Shirinkin S.V., Churnosov M.I., Andrievsky G.V., Vasilchenko L.V. (2009). Možnosti uporabe fuleren kot antioksidantov v patogenetski terapiji bronhialne astme. Klinična medicina št. 5 (2009), 56–58;
Baati T., Bourasset F., Gharb N. et al. (2012) Biokemija (Moskva) 73, 1329–1342; ; et al. (2009). Posebnosti antioksidativnih in radioprotektivnih učinkov hidriranih nanostruktur fulerena C 60 in vitro in in vivo
. Free Radic. Biol. med. 47, 786–793; ;
Xiao Y., Wiesner M.R. (2012). Karakterizacija površinske hidrofobnosti izdelanih nanodelcev. J. Hazard. Mat. 215, 146–151; ;
Zavilgelsky G.B., Kotova V.Y., Manukhov I.V. (2007). Delovanje 1,1-dimetilhidrazina na bakterijske celice določa vodikov peroksid. Mutat. Res. 634, 172–176; ;
Prazdnova E.V., Sevryukov A.V., Novikova E.V. (2011). Detekcija surove nafte z uporabo bakterijskih biosenzorjev Lux. Novice univerz. Regija Severnega Kavkaza. Naravoslovje št. 4 (2011), 80–83; ;
Prazdnova E.V., Čistjakov V.A., Sazykina M.A., Sazykin I.S., Khatab Z.S. (2012). Vodikov peroksid in genotoksičnost ultravijoličnega sevanja z valovno dolžino 300–400 nm. Novice univerz. Regija Severnega Kavkaza. Naravoslovje št. 1 (2012), 85–87; ;
Chistyakov V.A., Prazdnova E.V., Gutnikova L.V., Sazykina M.A., Sazykin I.S. (2012). Aktivnost odstranjevanja superoksida derivata plastokinona 10-(6'-plastokinonil)deciltrifenilfosfonija (SkQ1). Biokemija 77, 932–935; ;
Oludina Yu.N et al. (2013). Sinteza modificiranih sterično oviranih fenolov in študija njihove sposobnosti zaščite bakterijske DNA pred poškodbami z ultravijoličnim B. Kemijsko-farmacevtski vestnik (v tisku);

Leta 1985 je bila odkrita molekula, sestavljena iz 60 ogljikovih atomov, razporejenih kot nogometna žoga - fuleren, poimenovan po inženirju Richardu Fullerju, ki je zaslovel z dizajni te posebne oblike. Poleg neverjetno simetrične oblike se je ta molekula, ki je tretja (za diamantom in grafitom) alotropna oblika ogljika, za alkimiste izkazala za nekakšen filozofski kamen.

Do nedavnega je neverjetno presenečal znanstvenike s svojo izjemno nizko toksičnostjo (še posebej v primerjavi z nanocevkami, ki imajo podobno strukturo) in drugimi neverjetnimi lastnostmi. Mehanizmi interakcije fuleren s celicami še niso jasni, vendar rezultat lahko resnično imenujemo čarovnija.

To ni popoln seznam tistih lastnosti, ki so zanimale zdravnike in biologe. Uporabimo lahko fuleren in njegove derivate:

za zaščito telesa pred sevanjem in ultravijoličnim sevanjem;
za zaščito pred virusi in bakterijami;
za zaščito pred alergijami. Tako v poskusih in vivo dajanje derivatov fulerena zavira anafilaksijo pri miših in ni opaziti toksičnega učinka;
kot snov, ki stimulira imunski sistem;
kot močan antioksidant, ker je aktiven lovilec radikalov. Antioksidativna aktivnost fulerena je primerljiva z učinkom antioksidantov razreda SkQ ("Skulačevi ioni") in je 100-1000-krat večja od učinka običajnih antioksidantov, kot so vitamin E, butiliran hidroksitoluen, β-karoten;
kot zdravila za boj proti raku;
zaviranje angiogeneze;
za zaščito možganov pred alkoholom;
za spodbujanje rasti živcev;
za spodbujanje procesov regeneracije kože. Tako je fuleren pomembna sestavina kozmetičnih izdelkov proti staranju GRS in CEFINE;
za spodbujanje rasti las;
kot zdravilo z antiamiloidnim delovanjem.

Poleg tega lahko fuleren uporabljamo za dostavo različnih zdravilnih učinkovin v celice in nevirusno dostavo genetskih vektorjev v celično jedro.

Zdi se, da tega seznama ni več kam razširiti, a pred kratkim je bil dopolnjen z drugo, morda najbolj presenetljivo in nerazumljivo kakovostjo fulerena C60. Francoski raziskovalci so v študiji o toksičnosti fulerena C60, raztopljenega v oljčnem olju, ugotovili, da podgane, ki redno prejemajo raztopino fulerena C60, živijo dlje kot tiste, ki jim dajejo samo olivno olje ali redno prehrano. (Kratek pripoved lahko preberete v članku “Oljčno olje s fulereni – eliksir mladosti?” - VM.)

Raztapljanje v olju dramatično poveča učinkovitost fulerena C60, saj njegovi veliki agregati (16 ali več molekul) ne morejo prodreti v celice.

Hkrati se pričakovana življenjska doba ni povečala le za 20-30%, kot v poskusih z najboljšimi "zdravili za starost" (kot sta resveratrol ali rapamicin), ampak za nič manj kot dvakrat! Polovica živali, ki so prejemale fuleren, je živela do 60 mesecev (najstarejša podgana je živela do 5,5 let). Poleg tega je bila v kontrolni skupini (z normalno prehrano) pričakovana življenjska doba 50% živali 30 mesecev, najstarejša pa je živela le do 37 mesecev. Živali, ki so jim dajale olivno olje brez fulerena, so živele nekoliko dlje – 50 % jih je živelo do 40 mesecev, najstarejša podgana pa do 58 mesecev.

Diagram preživetja za podgane, hranjene: redna prehrana (modra črta), poleg prehrane še olivno olje (rdeče) in olivno olje z raztopljenim fulerenom C60 (črna črta). Črpanje iz.

Življenjski učinek fulerena C60 avtorji pripisujejo njegovim antioksidativnim lastnostim. Vendar pa je možno, da je to povezano s sposobnostjo fulerena C60 za interakcijo z vitaminom A. Znano je, da imajo retinoidi (vključno z vitaminom A) pomembno vlogo pri izražanju ključnih genov imunskega sistema in da ima lokalna sinteza retinoidov ključno vlogo pri regulaciji embriogeneze in regeneracije.

Na žalost so bili ti poskusi izvedeni na majhnih skupinah živali in zato zahtevajo skrbno preverjanje. Glede na dejstvo, da prečiščeni fuleren C60, proizveden v Rusiji, stane le okoli 1800 rubljev na gram, ponovitev teh poskusov in razjasnitev odmerka in trajanja "zdravljenja" ni tako težko. Nekaj drugega je težje. Ali bo ta "terapija staranja" tako učinkovita tudi za ljudi? Navsezadnje ljudje nismo podgane in obstaja na desetine primerov, kako se je zdravilo, ki deluje zelo učinkovito v poskusih na miših, izkazalo za popolnoma neuporabno (če ne celo škodljivo!), ko so šli testi v kliniko. No, čas bo pokazal. Zanimivo bi bilo tudi primerjati aktivnost podaljševanja življenja fulerena C60 z njegovimi številnimi vodotopnimi analogi, ki so bili nedavno sintetizirani v Rusiji.

Napisano na podlagi izvirnega članka.

Literatura

A.V. Eletsky, B.M. Smirnov. (1993). fulereni. UFN 163 (št. 2), 33–60;
Mori T. et al. (2006). Predklinične študije o varnosti fulerena po akutnem peroralnem dajanju in ocena odsotnosti mutageneze. Toksikologija 225, 48–54;
Szwarc H, Moussa F. (2011). Toksičnost 60fulerena: zmeda v znanstveni literaturi. J. Nanosci. Lett. 1, 61–62;
biomolekula: »Nevidna meja: kjer trčita »nano« in »bio«;
Marega R., Giust D., Kremer A., Bonifazi D. (2012). Supramolekularna kemija fulerenov in ogljikovih nanocevk na vmesnikih: k aplikacijam. Supramolecular Chemistry of Fullerenes and Carbon Nanotubes (ur. N. Martin in J.-F. Nierengarten), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Nemčija;
Piotrovsky L.B. (2010). Nanomedicina kot del nanotehnologije. Bilten Ruske akademije medicinskih znanosti 3, 41–46;
Theriot C. A., Casey R. C., Moore V. C., Mitchell L., Reynolds J. O., Burgoyne M., et al. (2010). Dendrofuleren DF-1 zagotavlja radiozaščito radioobčutljivih celic sesalcev. Radiat. Okolje. Biophys. 49, 437–445;
Andrievsky G.V., Bruskov V.I., Tykhomyrov A.A., Gudkov S.V. (2009). Posebnosti antioksidativnih in radioprotektivnih učinkov nanostruktur hidriranega fulerena C60 in vitro in in vivo. Free Radic. Biol. med. 47, 786–793;
Mashino T., Shimotohno K., Ikegami N. et al. (2005). Inhibicija reverzne transkriptaze virusa humane imunske pomanjkljivosti in inhibicijske aktivnosti derivatov fulerena, odvisne od RNA polimeraze virusa hepatitisa C. Bioorg. med. Chem. Lett. 15, 1107–1109;
Lu Z. S., Dai T. H., Huang L. Y. et al. (2010). Fotodinamična terapija s kationsko funkcionaliziranim fulerenom rešuje miši pred smrtnimi okužbami ran. Nanomedicina 5, 1525–1533;
John J.R., Bateman H.R., Stover A., Gomez G., Norton S.K., Zhao W., et al. (2007). Fulerenski nanomateriali zavirajo alergijski odziv. J. Immunol. 179, 665–672;
Xu Y.Y., Zhu J.D., Xiang K., Li Y.K., Sun R.H., Ma J. et al. (2011). Sinteza in imunomodulatorna aktivnost 60-fuleren-tuftsin konjugatov. Biomateriali 32, 9940–9949;
Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M. et al. (2005). Fuleren je in vivo močan antioksidant brez akutne ali subakutne toksičnosti. Nano Lett. 5, 2578–2585;
Chen Z., Ma L., Liu Y., Chen C. (2012). Uporaba funkcionaliziranih fulerenov v teranostiki tumorjev. Teranostika 2, 238–250;
Jiao F., Liu Y., Qu Y. et al. (2010). Študije o protitumorskih in antimetastatskih aktivnostih fulerenola v modelu mišjega raka dojke. Carbon 48, 2231–2243;
Meng H., Xing G. M., Sun B. Y., Zhao F., Lei H., Li W. et al. (2010). Močna inhibicija angiogeneze z obliko delcev derivatov fulerena. ACS Nano, 4, 2773–2783;
Tykhomyrov A.A., Nedzvetsky V.S., Kločkov V.K., Andrievsky G.V. (2008). Nanostrukture hidriranega C60 fulerena (C60HyFn) ščitijo možgane podgan pred vplivom alkohola in zmanjšujejo vedenjske motnje alkoholiziranih živali. Toksikologija 246, 158–165;
Grigoriev V.V., Petrova L.N., Ivanova T.A., et al. in Bachurin S.O. (2011). Proučevanje nevroprotektivnega učinka hibridnih struktur na osnovi fulerena C60. Izv. RAS serija Biološki 2, 163–170;
Zhou Z. G., Lenk R., Dellinger A., MacFarland D., Kumar K., Wilson S. R., et al. (2009). Fulerenski nanomateriali potencirajo rast las. Nanomed. Nanotechnol. Biol. med. 5, 202–207;
Bobylev A.G., Kornev A.B., Bobylev L.G., Shpagina M.D., Fadeeva I.S., Fadeev R.S., et al. (2011). Fulerenolati: metalirani polihidroksilirani fulereni z močno antiamiloidno aktivnostjo. Org. Biomol. Chem. 9, 5714–5719;
biomolekula: »Nanomedicina prihodnosti: transdermalna dostava z uporabo nanodelcev«;
Montellano A., Da Ros T., Bianco A., Prato M. (2011). Fuleren C(60) kot multifunkcionalni sistem za dostavo zdravil in genov. Nanoscale 3, 4035–4041;
Kuznetsova S.A., Oretskaya T.S. (2010). Nanotransportni sistemi za ciljno dostavo nukleinskih kislin v celice. Ruske nanotehnologije 5 (št. 9–10), 40–52;
Baati T., Bourasset F., Gharb N. et al. (2012) Podaljšanje življenjske dobe podgan s ponavljajočim se peroralnim dajanjem 60fulerena. Biomateriali 33, 4936–4946;
Piotrovsky L.B., Eropkin M.Yu., Eropkina E.M., Dumpis M.A., Kiselev O.I. (2007). Mehanizmi biološkega delovanja fuleren so odvisni od agregacijskega stanja. Psihofarmakologija in biološka narkologija 7 (št. 2), 1548–1554;
Moussa F., Roux S., Pressac M., Genin E., Hadchouel M., Trivin F., et al. (1998). In vivo reakcija med 60-fullerenom in vitaminom A v mišjih jetrih. New J. Chem. 22, 989–992;
Linney E., Donerly S., Mackey L., Dobbs-McAuliffe B. (2001). Negativna stran receptorjev retinojske kisline. Nevrotoksikol teratol. 33, 631–640;
Gudas L.J. (2012). Nastajajoče vloge retinoidov pri regeneraciji in diferenciaciji v normalnih in bolnih stanjih. Biochim Biophys Acta 1821, 213–221.

Portal “Večna mladost”

Lastnosti ... Ampak najprej.

Na začetku - o šungitu.

Šungit je črn mineral, ki vsebuje 93-98 % ogljika in do 3-4 % spojin vodika, kisika, dušika, žvepla in vode. Pepel minerala vsebuje vanadij, molibden, nikelj, volfram in selen. Mineral je dobil ime po vasi Shunga v Kareliji, kjer so njegova glavna nahajališča.

Šungit je nastal iz organskih talniških usedlin - sapropela - pred približno 600 milijoni let, po nekaterih virih pa pred 2 milijardama let. Ti organski sedimenti (trupla rakov, alg in drugih polžev), od zgoraj prekriti z vedno novimi plastmi, so se postopoma zbijali, dehidrirali in tonili v globino zemlje. Pod vplivom stiskanja in visoke temperature je potekal proces metamorfizacije. Kot rezultat tega procesa je nastal amorfni ogljik, razpršen v mineralnem matriksu, v obliki globule-fuleren, značilnih za šungit.

Zdaj o fulerenih

Kaj je ta fuleren, ki ga vsebuje šungit? Fulereni so vrsta ogljika. Torej, iz šole se spomnimo, da ima ogljik več oblik:

diamant,
grafit,
premog.

Fulereni so samo druga oblika ogljika. Razlikuje se v tem, da so molekule fulerena kroglice pravilnih poliedrov, sestavljene iz molekul istega ogljika:

Toda zakaj so fulereni tako uporabni?

Fulereni se uporabljajo v polprevodniški tehniki, za različne raziskave (optika, kvantna mehanika), fotorezistenca, na področju superprevodnikov, v mehaniki za izdelavo snovi za zmanjšanje trenja, v baterijski tehniki, pri sintezi diamantov, v proizvodnja foto baterij in številne druge industrije. Od tega ena za proizvodnjo zdravil.

In spet se vrnemo k našemu vprašanju - Zakaj so fulereni tako uporabni?? Tukaj se lahko obrnete na Grigorija Andrievskega, ki s skupino znanstvenikov na Inštitutu za terapijo Akademije medicinskih znanosti Ukrajine sodeluje prav pri tem vprašanju. Znanstvenik je v svoji raziskavi razkril, kaj je kaj.

Tako so fulereni v šungitu v posebni obliki – hidratirani. To pomeni, da se kombinirajo z vodo in se lahko raztopijo v vodi. Skladno s tem se lahko fulereni izperejo iz šungita in oblikujejo raztopina fulerena- edini aktivna oblika fuleren za danes.

Naprej, vodne raztopine fuleren so močni antioksidanti. To pomeni, da tako kot vitamina E in C (ter druge snovi) pomagajo telesu ukvarjajo s prostimi radikali- snovi, ki nastajajo v telesu med vnetnimi procesi in zelo agresivno delujejo s snovmi, ki jih obkrožajo - uničujejo telesu potrebne strukture. Toda za razliko od vitaminov se fulereni ne porabijo pri nevtralizaciji prostih radikalov - in jih lahko naredijo varne, dokler se naravno ne odstranijo iz telesa.

Skladno s tem se količine fulerenov, ki učinkovito delujejo kot antioksidanti, nahajajo v telesu v veliko manjših količinah kot vitamini. V primerjavi z njimi

fulereni lahko delujejo v ultra nizkih odmerkih.

Skladno s tem lahko z uporabo vodnih raztopin fulerenov zmanjšate število prostih radikalov v telesu - in pomagate telesu pri soočanju z negativnimi procesi. Kaj pravzaprav počne šungitna voda - ta ista vodna raztopina fulerenov.

In zelo pomemben dodatek Grigorija Andrijevskega glede zdravilnih lastnosti šungitnih fulerenov:

Doslej so bili izvedeni samo poskusi na prostovoljcih, med katerimi sem bil tudi jaz. Zato ne bi smeli zganjati pompa in bolnikom vlivati nerealnih upov. Da, imamo obetavne rezultate osnovnih raziskav, predvsem na živalih in celičnih kulturah. Dokler pa zdravila in metode niso preverjene in preizkušene na predpisan način, jih nimamo ne moralne ne kakršne koli druge pravice imenovati zdravila in terapevtske metode.

In za konec še šungitna voda

Šungitna voda – vrnimo se k njej. O pripravi in uporabi šungitne vode obstajata dve nasprotujoči si mnenji.

Prvega je izrazil dr. kem. Znanosti O. V. Mosin (Moskovska državna akademija za fino kemijsko tehnologijo po imenu M. V. Lomonosov):

voda, prepojeno s šungitom, postane ne le čista pitna voda, temveč tudi molekularna koloidna raztopina hidratiranih fulerenov, ki spadajo v novo generacijo zdravilnih in profilaktičnih sredstev z večplastnim delovanjem na telo.

Drugo mnenje o uporabi šungita je izrazil direktor Inštituta za geologijo Karelskega znanstvenega centra Ruske akademije znanosti, doktor geologije. n. Vladimir Ščipcov:

Dokazano je, da šungit čisti vodo, vendar le, če je vključen kot sestavni del posebnih filtrov. Voda, prepojena preprosto s kosom minerala, je lahko celo škodljiva - kot posledica kemične reakcije nastane v bistvu nizko koncentrirana raztopina kisline.

Torej, ali morate za pripravo šungitne vode vodo napolniti z mineralom ali jo spustiti skozi posebne filtre? Poglobimo se v temo. In ker je šungitna voda vodna raztopina fulerenov, se jim ne moremo izogniti.

Tako se fulereni zelo težko raztopijo v vodi. Če pa se raztopijo, se okoli vsake kroglice fulerena oblikuje večplastna lupina pravilno razporejenih molekul vode, približno deset molekularnih plasti. To vodo, z drugimi besedami hidratacijo, lahko imenujemo lupina okoli molekule fulerena strukturirano vodo.

Po svojih lastnostih se voda, ki obdaja molekulo fulerena, bistveno razlikuje od navadne vode. In je zelo podobna vezani vodi v celicah telesa. Torej je v živi celici pravzaprav zelo malo običajne, poznane proste vode. Vsa voda je povezana z molekulami okoli nje. In je nekaj podobnega želeju. Mehanizem za nastanek vezane vode v celicah je podoben mehanizmu za nastanek vodnega ovoja okoli molekule fulerena.

Tako lahko v raztopini šungitne vode ločimo dve vrsti vode:

strukturirana voda, ki obdaja molekule fulerena (kot molekule organskih snovi v celicah),
in brezplačno vodo.

Pri izparevanju raztopin najprej izhlapi prosta voda. Ista vodna ovojnica z nižjim tališčem se tvori okoli molekul DNA v raztopinah encimov. Zaradi tega so odporne tako na zmrzovanje kot na segrevanje.

Torej, vrnimo se k dvema različnima načinoma priprave šungita – infuziji in prehajanju skozi plast šungita. Kako se te metode razlikujejo? Razlikujejo se po času stika. To je čas, v katerem lahko fulereni zapustijo strukturo šungita in tvorijo vodno raztopino.

Kot smo že omenili, fulereni lahko delujejo v ultra nizkih odmerkih. To pomeni, da za tvorbo resnično učinkovite raztopine fulerenov zadostuje preprosto prehajanje vode skozi šungit ali neinfundiranje vode zelo dolgo na šungit.

Seveda je intenzivnost raztapljanja fulerenov iz šungita odvisna od stopnje mletja šungitnih zrnc. Torej, če imate kos kamna, ki tehta kilogram, potem lahko dolgo namakate vodo :)

Ker ni dokončanih znanstvenih študij z nedvoumnimi priporočili o uporabi šungita, ni natančnega vzorca - kako dolgo infundirati (filtrirati) skozi kakšno velikost šungitnih zrnc, da pripravimo raztopino fulerenov zahtevane koncentracije.

Zato je edini izhod danes eksperimentiranje s šungitno vodo na sebi.

In prisluhnite svojim občutkom. In seveda spremenite učinek, če se vaše zdravje poslabša ali izboljša.

Napišite rezultate svojih poskusov!

Morali smo prehoditi dolgo pot, preden smo vam lahko ponudili te vode.

voda SVETLA so produkt številnih raziskav ruskih in evropskih znanstvenikov, posvečenih proučevanju uporabe fuleren v medicini za zdravljenje, preprečevanje bolezni in staranja človeškega telesa.

Kot edinstveno sredstvo za udobno življenje, zdravje in dobro počutje, fulereni delajo prave čudeže. Njihov glavni učinek v našem telesu je zbiranje in nevtralizacija prostih radikalov (oksidantov), ki uničujoče delujejo na celice našega telesa. Fulereni nimajo usmerjenega terapevtskega učinka na določeno bolezen ali organ, kot je to pri uporabi zdravil. Delujejo kot dolgoročni. Tako se pomaga znebiti številnih bolezni in, kar je še pomembneje, preprečuje njihov nastanek.

Seznam bolezni vključuje:

onkološke bolezni

A

Prav teh bolezni, neposredno povezanih z napadi prostih radikalov, pomagajo odpraviti antioksidanti - fulereni. Ne smemo pozabiti, da jih voda je obogatena, sama voda pa ima neverjetne sposobnosti in igra pomembno vlogo v procesu zdravljenja človeškega telesa. Kot veste, smo 75% vode. Brez obnavljanja v telesu tvegamo svoje zdravje. Prav tako je zelo pomembno, da pijemo vodo, ki je čista in pravilne sestave, ki ni prepuščena skozi filtre (reverzna osmoza), temveč pravo živo naravno vodo. Le ta nosi življensko energijo za naše telo.

Z združitvijo teh dveh zelo pomembnih lastnosti – uživanja čiste vode in delovanja fulerenov, boste zagotovo dosegli neverjetne rezultate na poti do svojega zdravja in dolgoživosti.

Medicinska jedilnica "SVETLA". okrepljeno z dodatnimi učinki, ki so značilni za vodo Krainskaya. Vsebuje SO 4 sulfate - pomaga očistiti in normalizirati delovanje jeter, žolčnika, žolčevodov in trebušne slinavke. Ta voda bo pomagala tudi pri zdravljenju bolezni požiralnika, sečil
poti, kronični gastritis z normalno in povečano sekretorno funkcijo želodca, želodčni ulkus, presnovne in prebavne motnje po operaciji.

KAKO PRAVILNO PITI.

Za doseganje najboljših rezultatov priporočamo pitje obeh vod skozi vse leto, le da ju mesečno izmenjujemo - en mesec pijemo eno vodo, drugi mesec pa -
drugo. Ob tem ne pozabite, da se mineralna zdravilna miza "SVETLA" pije po 200 - 250 ml. pred obroki (15-20 minut) in pitje "SVETLA" - 150-200 ml. 0,5 ure pred obroki. V obeh primerih 1,5-2,0 ure po jedi priporočamo, da popijete dodaten kozarec negazirane vode "BioVita" ali "Stelmas".

Kratek in barvit eksperiment, ki odgovarja na vprašanje "Kako ločiti aktivno vodo od mrtve?" Primerjajmo vzorec navadne ustekleničene vode in vode Svetla. Za to se uporablja obarvana raztopina - rakotvorna snov, ki posnema delovanje prostih radikalov.

Snemanje pospešimo, da so rezultati hitreje vidni...

Kako lahko delovanje vode Svetla vpliva na naše zdravje. Naše telo je sestavljeno iz trilijonov celic, ki živijo v medceličnem prostoru (IS), kjer hrano prinaša voda, ne kri. Celice, ki ustvarijo energijo, vanj prenašajo toksine, ki vanjo vstopajo tudi s krvjo. MP je obremenjen, zastrupljen, izgublja se energija, zbolimo. Toksine, kot ste videli, najhitreje zdrobi in odstrani voda Svetla. MP se očisti, celice proizvedejo več vitalne energije, okrepi se imunski sistem, poveča se protivirusna zaščita, zmanjša tveganje za nastanek raka in še mnogo več.