VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В развитии современных нанотехнологий значительную роль играют исследования наночастиц металлов. Наиболее используемыми являются наноматериалы на основе серебра. На сегодняшний день наночастицы серебра (НЧС), обладающие целым рядом уникальных характеристик (оптические свойства, прочность, высокая площадь поверхности, антибактериальное действие), применяют для диагностики и лечения различных (в том числе онкологических) заболеваний, а также в иммунохимических методах исследования. Однако, только знание механизмов действия лекарственных средств (ЛС), содержащих НЧС, лежит в основе их фармакологического применения.

В настоящее время наиболее изучены механизмы бактерицидного действия НЧС. Некоторые НЧС имеют аналогичную структуру с вирусами раковых опухолей, некоторыми аденовирусами, вирусами герпеса, ветряной оспы; инактивируют гены транспортных белков поринов OmpF и OmpC Escherichia coli; ингибируют планктонный рост и образование биопленок Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Serratia proteamaculans и др. Ученые из Райсовского университета (США) доказали, что если лишить серебро возможности ионизироваться, оно станет практически безвредным для микроорганизмов - независимо от размера его НЧ. Согласно полученным ими данным, опасность для бактерий представляют только ионы серебра в растворе, окисляющиеся в непосредственной близости от бактерии.

Механизмы действия НЧС неразрывно связаны с их физико-химическими особенностями. Оптические свойства НЧС включают в основном два явления – поглощение и рассеяние света. Главной особенностью НЧС является наличие так называемого поверхностного плазмонного резонанса, т.е. резкого увеличения интенсивности поглощения и рассеяния при определённой длине волны падающего света, попадающей в резонанс с собственной частотой колебаний электронного газа на поверхности частицы. НЧС очень интенсивно поглощают свет с максимумом полосы плазмонного резонанса в фиолетовой части видимого спектра (390―450 нм), что позволяет их использовать как новый класс меток в исследованиях биологических процессов на разных уровнях ― на молекулах, клеточных органеллах, клетках, органах и тканях.

Большая кривизна поверхности НЧС и изменение топологии связи атомов на поверхности приводит к изменению их химических потенциалов. Вследствие этого существенно увеличивается растворимость, реакционная и каталитическая способность НЧС и их компонентов. Очень высокая удельная поверхность (в расчете на единицу массы) наноматериалов увеличивает их адсорбционную емкость, химическую реакционную способность и каталитические свойства. Это может приводить, в частности, к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода и далее к повреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты (НК), в частности, ДНК). НЧС вследствие своих небольших размеров могут связываться с НК (вызывая, в частности, образование аддуктов ДНК), белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и тем самым изменять функции биоструктур.

Из-за своей высокоразвитой поверхности НЧС обладают свойствами высокоэффективных адсорбентов, т.е. способны поглощать на единицу своей массы во много раз больше адсорбируемых веществ, чем макроскопические дисперсии. Возможна также адсорбция на НЧС различных контаминантов и облегчение их транспорта внутрь клетки, что резко увеличивает токсичность последних.

НЧС обладают высокой способностью к аккумуляции и агрегации. Возможно, что из-за малого размера НЧС могут не распознаваться защитными системами организма, они не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма. Это ведет к накоплению НЧ в растительных и животных организмах, а также увеличивает их поступление в организм человека. Первичные частицы могут быть в различной степени агрегированы и агломерированы, при этом, чем меньше средний размер первичных частиц, тем сильнее выражен эффект образования агрегатов и агломератов.

Таким образом, следует понимать, что механизмы действия ЛС, содержащих НЧС, напрямую зависят от размера и способа получения НЧС – чем меньше размер материала, тем больше его удельная площадь и тем больше степень токсичности материала.

Дальнейшее изучение физико-химических свойств и биологических эффектов НЧС откроет перспективы для создания нового класса препаратов политропного действия, расширит возможности применения ЛС, содержащих НЧС, в различных областях медицины.