Специфика костного материала bio oss
Атрофия костной ткани – это уменьшение объема челюстной кости, которая развивается на фоне отсутствия моляров и премоляров в течение продолжительного периода времени. Обнаружить его удается только при посещении стоматологического кабинета. Это связано с тем, что визуально человеку может быть незаметна атрофия.
Чаще всего с целью восстановления костной ткани прибегают к помощи биоматериала Bio-Oss. Он пользуется особым спросом, за годы применения был накоплен большой опыт по его использованию. Он имеет природное происхождение, за счет чего химически и структурно совместим с минерализованной костью человека. В ходе ряда клинических исследований была подтверждена безопасность и надежность материалов. Рассмотрим подробнее, какими преимуществами он обладает, и в каких ситуациях применяют.
Причины потери костной ткани
Убыль костной ткани способна развиться на фоне одного или нескольких факторов. Основная причина появления недуга – утрата зубов. Спустя 4-6 месяцев после их удаления, челюстная кость начинает существенно сокращаться в объеме, а через 12 месяцев доходит до своего минимума. Среди других факторов, провоцирующих атрофию костной ткани, отмечают:
Когда необходимо восстанавливать кость?
Восстановление необходимо при пародонтите, чтобы сохранить здоровые зубы, которые потеряли связь с костью. Часто врачи проводят увеличение объема костной ткани, если ее недостаточно для осуществления надежной имплантации. Во время осуществления операции синус-лифтинг восстановление требуется для замещения недостающей кости в верхнечелюстных пазухах. Во время цистэктомии восстановление необходимо для замещения приобретенного дефекта.
Характеристики костного биоматериала Bio-Oss
Костнозамещающий материал bio oss производит ведущая компания Geistlich Pharma. Она признана одним из крупнейших производителей биоматериалов для регенерации костной и мягких тканей. Страна-производитель: Швейцария. В процессе производства предусмотрена высокая степень очистки с соблюдением строгих правил техники безопасности. Производство включает стерилизацию одних продуктов сухим жаром, а других – облучением γ-лучами.
Bio-Oss состоит из крупного рогатого скота – бычьей кости. По своей структуре бычья кость является практически идентичной структуре человеческой кости. Это гарантирует быструю адгезию клеток: обеспечивается их ускоренное сцепление и регенерация тканей. Кроме того предоставляется костная матрица для прорастания новой ткани.
Благодаря высокопористой микроструктуре, натуральный костный материал способен обеспечивать беспрепятственный ангиогенез и остеогенез, сохраняя при этом объем на протяжении длительного периода времени. Bio-Oss характеризуется шероховатой поверхностью, способствующей прикреплению и размножению костных клеток.
Средство отличается широким ассортиментом. Для удобства его выпускают в разных формах – в виде блока, гранул, коллагеновой мембраны или матрицы. Принцип действия Био-Осс состоит в том, что материал заполняет образовавшиеся пустоты в костной ткани, создавая некий каркас и естественную среду для восстановления кровеносных сосудов в поврежденной области кости.
Существует и другой достойный материал – Био-Гайд (Gide) с натуральной белковой структурой. Он представляет собой резорбируемую мембрану, которая не дает врастись мягкой ткани в область дефекта, гарантируя быстрое заживление раны. Ее применение способствует достойному результату процедур по восстановлению костной ткани и имплантации моляров и премоляров.
Основные преимущества
Костный материал bio oss успешно применяют ведущие врачи-стоматологи уже долгие годы, в частности, специалисты клиники «А-Медик». К его достоинствам относятся:
Основные показания и противопоказания к применению
Био осс (костный материал) характеризуется широким спектром показаний для применения в различных сферах, в частности, челюстно-лицевой хирургии, хирургической стоматологии и имплантологии. Его используют для заполнения лунки зуба после удаления, чтобы сохранить объем кости для дальнейшей имплантации. Зачастую к помощи bio oss прибегают при выполнении операции синус-лифтинга. При выполнении одномоментной имплантации проводят заполнение зазоров после установки имплантата.
Также, материал необходим для оптимальной стабильности объема в области выраженных дефектов и проведении операции вертикальной и горизонтальной аугментации (заполнения зазоров после фиксации блока и нанесение прослойки гранул, чтобы значительно улучшить контур аугментата). Иногда требуе6тся заполнение дефектов кости после проведения цистэктомии (хирургической операции по удалению кисты зуба вместе с поврежденной частью корня).
Гранулы выпускают разных размеров, что определяет их основное назначение. Гранулы размера «S» требуются для заполнения небольших костных дефектов, зазоров между блоком и костью, поскольку они лучше адаптируются к поверхности. Гранулы размера «L» требуются для проведения операций синус-лифтинга и серьезных дефектов.
Однако, несмотря на ряд преимуществ и широкого спектра показаний, к применению материала bio oss существует ряд противопоказаний. К ним относятся:
Особенности оперативного вмешательства
Как правило, восстановление кости и установку имплантата осуществляют одновременно. Для формирования новой кости дефект заполняют биоматериалом Био-Осс, а для направленной регенерации на рану накладывают мембрану Био-Гайд.
После проведения оперативного вмешательства возможно появление небольшой припухлости и отечности, которые можно устранить с помощью холодного компресса. Первые 10-14 дней во время чистки зубов следует избегать травм оперированного участка, пользоваться антибактериальным ополаскивателем. При появлении сильных болезненных ощущениях врач может назначить обезболивающее средство. При этом важно регулярно показываться врачу-стоматологу даже в том случае, если ничего не беспокоит и заживление протекает благополучно.
Костный материал bio oss: отзывы
Александр, 30 лет. Потерял два зуба несколько лет назад, долго не ходил к врачам и никак не решал эту проблему. Недавно понадобилась помощь стоматолога, записался на прием в клинику «А-Медик». Очень понравилось чуткое отношение врача! Провел диагностику и посоветовал провести имплантацию. Во время нее специалист использовал материал Био-Осс, чтобы восстановить утраченную костную ткань. Процедура прошла хорошо, побочная реакция на материал не возникла.
Оксана, 43 года. В прошлом месяце в клинике «А-Медик» мне проводили синус-лифтинг с применением швейцарского материала Bio-Oss. Заранее прочитал о нем отзывы в интернете, все писали, что материал достойный. Теперь я полностью с ними согласен!
Препараты для костной и тканевой регенерации Bio-Oss и Bio-Gide
В результате многолетних исследований и разработок в сотрудничестве с медицинскими университетами и ведущими хирургами, швейцарская компания Geistlich Pharma AG создала препараты для костной и тканевой регенерации Bio-Oss и Bio-Gide.
Для изготовления препаратов используется животный материал: минеральная доля костей и коллаген. Строгий ветеринарный контроль и надежная обработка позволяют получить материалы самой высокой степени очистки. Bio-Oss и Bio-Gide отвечают всем стандартам качества США и Европы. Запатентованная технология производства и неизменное швейцарское качество гарантируют безопасность продукции.
Специалисты Семейного стоматологического центра «Диал-Дент» используют в своей работе только самые качественные, проверенные клинической практикой, современные разработки в области стоматологии. Использование биоматериалов позволяет хирургам и пародонтологам «Диал-Дент» помогать пациентам в очень сложных случаях.
Bio-Oss – препарат для костной регенерации
Bio-Oss применяется в пародонтологии, при имплантации зубов, в челюстно-лицевой хирургии, для восстановления кости ротовой полости. Применение Bio-Oss дает успешные долгосрочные результаты.
При рассасывании кости в результате пародонтита существует угроза потери зуба. С использованием Bio-Oss восстанавливается пародонтальный аппарат прикрепления зуба – периодонтальная связка и цемент зуба. Это обеспечивает сохранение зуба на долгие годы.
Хирург-имплантолог «Диал-Дент» Алавердов В.П. использует препарат Bio-Oss после сложных удалений зубов, при недостаточности толщины кости при имплантации. Хирург-пародонтолог «Диал-Дент» Якименко И.И. отмечает высокую эффективность этого биоматериала при резорбции кости в результате пародонтита и угрозе утраты зуба.
Коллагеновая мембрана Bio-Gide
Bio-Gide – эталон коллагеновой мембраны для восстановления мягких тканей и кости после хирургических стоматологических вмешательств. Это натуральный продукт высокой степени очистки, который содержит свиной коллаген. Мягкие ткани содержат большое количество коллагеновых волокон, поэтому коллагеновая мембрана используется при восстановлении костной и пародонтальной ткани. Использование Bio-Gide помогает хирургу добиться наилучших и прогнозируемых результатов, дает превосходное заживление раны. Bio-Gide обладает высокой терапевтической безопасностью, которая высоко ценится всеми ведущими хирургами.
Мембрана выполняет несколько важных функций в процессе регенерации: защитную, стабилизационную, является основой для мягких тканей.
Мембрана Bio-Gide имеет двухслойную структуру, одна сторона гладкая, а другая шероховатая. Гладкий верхний слой является направляющей для заживления мягких тканей, которое происходит легче, с лучшим эстетическим результатом. Шероховатая сторона мембраны Bio-Gide помогает растущим костным клеткам.
Удалять мембрану не нужно. Распад мембраны на естественные аминокислоты происходит без побочных эффектов, без раздражения тканей.
Применение Bio-Oss и Bio-Gide
Долгосрочное клиническое применение доказало эффективность Bio-Oss при различных патологиях:
Костнозамещающий материал Bio-Oss может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с собственным костным материалом пациента.
Область, заполненная костнозамещающим материалом Bio-Oss, закрывается сверху мембраной Bio-Gide. В процессе заживления раны мембрана Bio-Gide не позволяет быстро растущим мягким тканям нарушить процесс восстановления кости, который происходит медленнее. Это увеличивает вероятность приживления имплантата. После первичного заживления мембрана Bio-Gide распадается на естественные вещества, ее не надо удалять. Применение мембраны стабилизирует сгусток крови, который является основой для восстановления костной ткани. Новообразование кости улучшается, что повышает качество имплантологического и пародонтологического лечения. Это отмечают и хирурги «Диал-Дент», использующие коллагеновую мембрану Bio-Gide в своей практике.
При операциях на слизистой оболочке полости рта мембрана Bio-Gide используется самостоятельно, и служит оптимальной основой для восстановления травмированных областей. Bio-Gide обладает прекрасными ранозаживляющими свойствами и используется хирургами «Диал-Дент» в случае тяжелых ситуаций с мягкими тканями. Использование Bio-Gide дает отличные эстетические результаты после операций на мягких тканях.
Пилинг BioRePeelCl3
Пилинг БиоРеПил (BioRePeelCl3) — чистая кожа без проблем
Препарат BioRePeelCl3 — наносится и действует как пилинг, но при этом дает эффект биоревитализации – и все это без инъекций.
BioRePeelCl3 двухфазный, и в этом его другая особенность.
Одна из фаз – гидрофильная, включает разнообразные кислоты, витамины, компоненты для лифтинга. От них зависит запуск процессов, которые улучшают состояние кожи и омолаживают ее.
Другая фаза – липофильная, состоит из активных веществ, отвечающих за увлажнение кожи и
восстановление гидро-липидного барьера. Ее задача состоит в том, чтобы обеспечить максимально глубокое проникновение стимулирующих компонентов, снизить потери влаги, восстановить защитные свойства кожи.
BioRePeelCl3 — уникальный продукт, имеющий двухфазную структуру: липофильную и гидрофильную. Липофильная фаза защищает активные вещества от окисления. В то же время она обладает увлажняющими, защитными свойствами, способствует формированию гидролипидной мантии.
Гидрофильная фаза включает действие уникальной смеси:
Фаза выполняет функции глубокого биостимулирования и ревитализации помимо ожидаемого эффекта.
Протокол проведения Согласно протоколу, процедуру делят на три этапа:
Лицо пациента очищают от загрязнений, обеззараживают спиртовым тоником. Флакон встряхивают до тех пор, пока жидкость внутри не станет равномерного зелёного цвета.
Врач надевает нитриловые перчатки. Равномерно распределяет средство по зоне обработки, втирает до полного впитывания.
Уход за кожей после
Время воздействия препарата зависит от зоны обработки, но не должно превышать 10 минут. Остатки средства удаляют марлей, смоченной в воде. Наносят увлажняющий крем.
Особенности метода
Применение препарата BioRePeelCl3 для мультикислотного химического пилинга не требует подготовительных мероприятий.
Преимущества BioRePeelCl3 перед аналогичными процедурами:
— Не требует анестезии
— Отсутствие следов процедуры
— Применим для всех возрастов
— Подходит для кожи лица и тела
— Пригоден для использования круглый год
— Не вызывает повышенной фоточувствительности
Двухфазный химический пилинг стабилен даже при комнатной температуре, а трихлоруксусная кислота защищена от окисления. Никаких потемнений и денатурации. Препарат оказывает мощное регенерирующее, антивозрастное, увлажняющее, стабилизирующее действие. Сеансы проводят аттестованные косметологи Санкт-Петербурга.
— акне в стадии обострения
— жирная, комбинированная, проблемная кожа
— глубокие, мелкие морщины
Противопоказания
—аллергия на салицилаты
—склонность к образованию келоидных рубцов
—патологии, инфекции кожных покровов
Частые вопросы о пилинге BioRePeelCl3
Отшелушивающее, кератолитическое действие способствует регенерации клеток, удаляет чешуйки наружного ороговевшего слоя. Эффективно борется с акне, даже в стадии обострения, сужает поры, омолаживает.
В составе BioRePeelCl3 мощный набор из кислот и антиоксидантов. Ни в одном известном химическом препарате нет такого сочетания. Учёным удалось создать инновационное средство, разделённое по структуре на две фазы: липофильную и гидрофильную. Этот мощный коктейль способен решать даже самые сложные задачи. Действует деликатно, подходит даже для молодой кожи.
Состав идеально взаимодействует с кожей. Применение радиоволновой терапии после процедуры усилит эффект пилинга. А вот инъекционная и фототерапия показаны до сеанса с BioRePeelCl3. Если по индивидуальным противопоказаниям препарат запрещён, то можно воспользоваться аналогами — срединными химическими пилингами. Их действие сходно с пилингом БиоРеПил, но каждый способен решить узконаправленные проблемы.
Это многофункциональное средство, его можно применять на разных участках тела, но строго после выявления противопоказаний, под тщательным контролем специалиста.
Во время лактации и беременности нужно отказаться от любых химических воздействий на кожу.
Все, что Вы хотели знать о Bio-expander
Препарат Bio-expander отличается от других тем, что в нем присутствует и связанная гиалуроновая кислота-филлер, и свободная гиалуроновая кислота. В суперсовременных, похожих на космические, лабораториях концерна Regenyal Laboratories, из чистейшей гиалуроновой кислоты без белковых примесей, с помощью длительного смешивания при низких температурах по технологии MUCH производится «встраивание» свободной гиалуроновой кислоты в стабилизированную, в филлер. На выходе получается гиалуроновая кислота, содержащая очень малое количество стабилизирующего агента BDDE, и связанная с ней водородными связями свободная гиалуроновая кислота. Ученые Regenyal Laboratories проводят много исследований влияния эфира гиалуроновой кислоты не только на клетки кожи, но и на рецепторы CD44 адипоциты и преадипоциты, то есть клетки жировой ткани, и получают подтверждение его стимулирующего воздействия на жировую ткань.
Каковы преимущества продукта Bio-expander?
Дело в том, что в его основе лежит низковязкая высокомолекулярная гиалуроновая кислота двух молекулярных масс 1 млн Да и 2 млн Да. При длительном смешивании со стабилизирующим агентом BDDE его требуется гораздо меньше, и связей, соответственно, тоже. Также препарат содержит 10 % низкомолекулярной гиалуроновой кислоты молекулярной массой 500 000 Да. Этот продукт расщепляется постепенно, медленно и достаточно долго, до полугода в разных участках жировой клетчатки, все время высвобождая низкомолекулярные молекулы гиалуроновой кислоты, которые оказывают длительное увлажняющее и тонизирующее действие на кожу в районе введенного в подкожно-жировую клетчатку препарата. Кроме того, вместе с увлажнением кожи происходит ее отбеливание и уменьшение пигментации, как после длительного курса биоревитализации, а здесь, заметьте, только после одной (!) процедуры. К тому же Bio-expander очень пластичный, и даже в очень тонкой подкожной клетчатке распределяется без всякого контурирования и визуализации. Для облегчения его введения и полной безболезненности для пациента и отсутствия следов процедуры прилагаются канюли 27G, которые позволяют точно скользить даже в очень тонком слое подкожной клетчатки. Можно использовать и маленькие короткие иглы 30G 4 мм для инъекций.
Bio-expander используется на лице и на всем теле, где кожа становится похожей на слегка высохшее яблоко, когда исчезает гладкая и тугая «подложка» в виде подкожной клетчатки. Это и лоб с его морщинами, щеки, периоральные кисетные морщины, шея, декольте, кисти, кожа над коленями, локтями, на животе… Все участки лица и тела, где нужно восстановить слой подкожной клетчатки, увлажнить и омолодить кожу.
Кому показано проведение процедуры биореволюметрии с помощью препарата Bio-expander?
Использование препарата относят к универсальным антивозрастным средствам. Bio-expander показан для использования пациентам разного возраста (25–75 лет), с разным типом и состоянием кожи. Результат после процедуры очень радует как при тонких, сухих, склонных к формированию множества мелких морщин лицах, так и при нормальной толщине кожи. Применяется для лечения и омоложения зоны висков, лба, щек, вокруг рта – это те самые морщины «штрих-кода», еще их называют морщины «кисета», увлажнения губ.
Каких эффектов можно добиться, используя данный продукт?
Можно выровнять и омолодить рельеф кожи, разгладить морщины, укрепить ослабленные ткани, они становятся более упругими, повышается их сопротивление и качество кожных структур, устранить начинающееся провисание контуров лица и тела (шея, декольте, кисти рук, внутренняя поверхность плеча, локти, колени). Получить глубокое увлажнение тканей и структурное омоложение. Как это проявляется? Сожмите кожу в складку на щеке или улыбнитесь широко. Видны ли мелкие морщинки, которые появляются на коже щеки? Так вот, применение Bio-expander позволяет их убрать или значительно уменьшить. Вместе со значительным улучшением гладкости и цвета кожи.
Насколько препарат удобен и легок для введения в мягкие ткани лица?
Препарат идеально распределяется под кожей за счет своих вязко-эластических свойств, восполняя недостающий объем, стимулирует естественные процессы, отвечающие за обновление, восстановление тканей. Кожа получает возобновляемую поддержку, за счет постепенного дозированного высвобождения свободной гиалуроновой кислоты из структуры филлера.
А как часто нужно повторять процедуры?
Инъекции Bio-expander в одну и ту же зону можно повторять через 5–6 месяцев, когда заканчивается срок расщепления препарата в тканях. При повторном применении процедур выраженность и длительность достигнутого эффекта усиливаются.
Есть ли еще какие-то препараты для введения в подкожную клетчатку с биоревитализирующим кожу действием?
Да, медицина развивается, косметология развивается еще более стремительными темпами, и появляются новые препараты. Но Bio-expander – первый препарат, появившийся в Европе для введения в подкожную клетчатку для ее восстановления и одновременно увлажнения кожи, улучшения ее тургора и цвета. Заявленный как препарат для подкожно-жировой клетчатки, он изменил терапевтическое мышление докторов, взгляд на ее огромную роль в процессе старения и показал пациентам, что можно минимальным вмешательством получить максимальный эффект!
Фуллерены: неожиданные биологические свойства углеродных наночастиц
Может ли протон проникнуть внутрь углеродной сферы? Этот вопрос стал «краеугольным камнем» новой гипотезы.
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Поиск соединений, способных продлить жизнь и отодвинуть старость — одна из самых актуальных задач современной науки. Сообщение о том, что исследователям из Франции удалось добиться почти двукратного увеличения продолжительности жизни экспериментальных животных при помощи фуллеренов (наночастиц углеродной природы), заставило ученых задуматься над молекулярными механизмами подобного эффекта. Эта статья повествует о компьютерном моделировании возможных механизмов биологической активности фуллеренов и о первых попытках подтвердить полученные модели в биологических экспериментах.
Конкурс «био/мол/текст»-2013
Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Своя работа».
Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.
Мячи для нанофутболистов
Фуллерены — это довольно необычный класс молекул, представляющих собой одну из форм существования углерода (так называемых аллотропных модификаций). Всем известные алмаз и графит — тоже не что иное, как разные аллотропные формы углерода, однако в структуре алмаза атомы углерода собраны в тетраэдры, графит состоит из плоских слоев, образованных шестиугольниками, ну а фуллерены — это шарообразные молекулы с замкнутой поверхностью. Самый простой из фуллеренов содержит 60 атомов углерода и удивительным образом напоминает по своей структуре футбольный мяч: его поверхность образована чередующимися пяти- и шестиугольниками, причем размер этого «мяча» составляет всего 1 нм (нанометр).
Рисунок 1. Молекула фуллерена очень похожа на футбольный мяч, только забивать им голы сможет лишь футболист наноскопического размера
Открытие фуллеренов — один из ярких примеров прогностической мощи науки: еще в 70-е годы XX века были сделаны теоретические квантово-химические расчеты, предсказывающие существование подобных молекул, однако лишь в 1985 году их впервые обнаружили при исследовании паров графита после его лазерного облучения [1]. Позднее фуллерены были найдены и в природных минералах — особняком здесь стоит такой камень, как шунгит [2]. А недавно выяснилось, что эти углеродные «шарики» встречаются даже в космических туманностях [3].
Физики и химики нашли фуллеренам множество применений: их используют при синтезе новых соединений в оптике и при производстве проводников. О биологических же свойствах фуллеренов долгое время поступали неоднозначные данные: биологи то объявляли их токсичными [4], то обнаруживали антиоксидантные свойства фуллеренов и предлагали использовать их в лечении таких серьезных заболеваний, как бронхиальная астма [5].
Крысы-долгожители
В 2012 году увидела свет публикация, которая привлекла внимание геронтологов — специалистов, работающих над проблемами старения. В этой работе Тарек Баати и соавторы [6] продемонстрировали впечатляющие результаты — крысы, которых кормили суспензией фуллеренов в оливковом масле, жили вдвое дольше обычных, и, к тому же, демонстрировали повышенную устойчивость к действию токсических факторов (таких как четыреххлористый углерод). Токсичность этого соединения обусловлена его способностью генерировать активные формы кислорода (АФК) [7], а значит, биологические эффекты фуллеренов, скорее всего, можно объяснить их антиоксидантными свойствами (способностью «перехватывать» и дезактивировать АФК).
Связь активных форм кислорода с процессами, происходящими при старении, в настоящее время уже практически не подвергается сомнению. С 60-х годов ХХ века, когда была сформулирована свободнорадикальная теория старения [9], и до настоящего времени объем данных, подтверждающих такую точку зрения, только накапливается. Однако до сих пор ни один антиоксидант — ни природный, ни синтетический — не давал столь поразительного увеличения продолжительности жизни экспериментальных животных, как в опытах Баати и коллег. Даже специально сконструированные коллективом под руководством академика Скулачева антиоксиданты «адресного действия» — так называемые «ионы Скулачева», или соединения ряда SkQ, — демонстрировали менее значительные эффекты [10].
Эти вещества представляют собой липофильные положительно заряженные молекулы с присоединенным антиоксидантным «хвостом», которые благодаря своей структуре способны накапливаться в митохондриях (именно в этих органоидах эукариотических клеток происходит генерация активных форм кислорода). Однако соединения ряда SkQ продлевали жизнь подопытных мышей в среднем всего на 30%.
Рисунок 2. Продление жизни подопытных мышей. Слева — мышь, старение которой замедлено благодаря приему «ионов Скулачева», справа — мышь из контрольной группы.
Почему же фуллерены оказались столь эффективными в борьбе со старением?
Задавшись этим вопросом, мы стали рассматривать возможность существования дополнительного механизма биологического действия фуллеренов — кроме уже известного антиоксидантного. Подсказка обнаружилась при изучении одного из соединений ряда SkQ—SkQR1, содержащего остаток родамина. Это соединение относится к группе протонофоров — молекул, способных переносить протоны из межмембранного пространства через мембрану в матрикс митохондрии, снижая, таким образом, трансмембранный потенциал (Δψ). Как известно, именно этот потенциал, существующий благодаря разнице в содержании протонов по разные стороны мембраны, и обеспечивает выработку энергии в клетке. Однако он же и является источником генерации АФК. В сущности, активные формы кислорода здесь сродни «токсическим отходам» при производстве энергии. Хотя они имеют и ряд полезных функций [12], в основном АФК — источник повреждения ДНК, липидов и многих внутриклеточных структур.
Есть сведения, что некоторое снижение митохондриального трансмембранного потенциала может быть полезным для клеток [13]. Снижение его всего на 10% приводит к уменьшению продукции АФК в 10 раз [14]! Существуют так называемые «мягкие разобщители», повышающие протонную проводимость мембран, в результате чего происходит «разобщение» дыхания и фосфорилирования АТФ [15].
Пожалуй, самый известный «разобщитель» — DNF, или 2,4-динитрофенол (рис. 3а и 3б). В 30-е годы ХХ века им очень активно пользовались при лечении ожирения. Собственно, динитрофенол — первый «жиросжигатель», использовавшийся в официальной медицине. Под его действием клетка переключается на альтернативный путь метаболизма, запуская «сжигание» жиров, а получаемая клеткой энергия не запасается в АТФ, как обычно, а излучается в виде тепла.
Рисунок 3а. Схема строения митохондрии
Рисунок 3б. Перенос протонов органическими кислотами — «мягкими разобщителями» (слева) — и динитрофенол — самый известный из «разобщителей» (справа)
Поиск легких способов похудения будет актуален всегда, пока представители Homo Sapiens будут беспокоиться о своем внешнем виде; однако для нашего исследования более интересен тот факт, что подобные «мягкие разобщители» снижают выработку АФК и в небольших дозах могут способствовать продлению жизни [16].
Возникает вопрос — а могут ли фуллерены, кроме антиоксидантных свойств, проявлять еще и свойства «переносчиков» протонов, действуя, таким образом, сразу с двух сторон? Ведь шарообразная молекула фуллерена — полая изнутри, а значит, в ней вполне могут уместиться небольшие частицы — такие как протоны.
Моделирование in silico: что сделали физики
Для проверки этой гипотезы коллективом НОЦ «Наноразмерная структура вещества» были выполнены сложные расчеты. Как и в истории с открытием фуллерена, в нашем исследовании компьютерное моделирование предшествовало экспериментам. Моделирование возможности проникновения протона в фуллерен и распределения заряда в такой системе производилось на основе теории функционала плотности (DFT). Это широко используемый инструмент квантово-химических расчетов, позволяющий вычислять свойства молекул с высокой точностью.
При моделировании один или несколько протонов помещали вне фуллерена, а затем производился расчет наиболее оптимальной конфигурации — такой, при которой полная энергия системы будет минимальной. Результаты расчетов показали: протоны могут проникать внутрь фуллерена! Оказалось, внутри молекулы C60 может накапливаться до шести протонов одновременно, а вот седьмой и последующие уже не смогут проникнуть внутрь и будут отталкиваться — дело в том, что «заряженный» протонами фуллерен приобретает положительный заряд (а, как известно, одноименно заряженные частицы отталкиваются).
Происходит это потому, что проникающие внутрь фуллеренового «шарика» протоны оттягивают на себя электронные облака атомов углерода, что приводит к перераспределению заряда в системе «протоны+фуллерен». Чем больше протонов проникает внутрь, тем сильнее положительный заряд на поверхности фуллерена, тогда как протоны, напротив, все сильнее приближаются к нейтральным значениям. Эту закономерность можно проследить и на рисунке 4: когда количество протонов внутри сферы превышает 4, они становятся нейтральными (желто-оранжевый цвет), ну а поверхность фуллерена всё сильнее «синеет».
Рисунок 4. Распределение положительного заряда внутри системы «фуллерен+протоны». Слева направо: два, четыре или шесть протонов внутри фуллерена. Цветом обозначено распределение заряда: от нейтрального (красный) до слабоположительного (синий).
Вначале расчеты были выполнены только в системе «фуллерен+протоны» (без учета влияния других молекул). Но ведь в клетке фуллерен находится не в вакууме, а в водной среде, заполненной множеством соединений разной степени сложности. Поэтому на следующем этапе моделирования физики добавили к системе 47 молекул воды, окружающих фуллерен, и проверили, не повлияет ли их присутствие на взаимодействие с протонами. Однако и в присутствии воды модель действовала успешно.
Биологи подтверждают гипотезу?
Известие о том, что фуллерены могут адсорбировать протоны, да еще и приобретают при этом положительный заряд, вдохновило биологов. Похоже, что эти уникальные молекулы и вправду действуют сразу несколькими путями: инактивируют активные формы кислорода (в частности, гидроксильные радикалы, присоединяя их по многочисленным двойным связям [17]), адресно накапливаются в митохондриях благодаря своим липофильным свойствам [18] и приобретенному положительному заряду, и, вдобавок ко всему, снижают трансмембранный потенциал, перенося протоны внутрь митохондрий, подобно другим «мягким разобщителям» дыхания и окислительного фосфорилирования.
Для изучения антиоксидантных свойств фуллеренов мы использовали систему экспресс-тестов на основе биолюминесцентных бактериальных биосенсоров. Биосенсоры в данном случае — генетически-модифицированные бактерии, способные улавливать повышение внутриклеточной генерации АФК и «сигнализировать» об этом исследователям. При создании биосенсоров в генóм одного из безвредных штаммов кишечной палочки Escherichia coli вводится искусственная конструкция, состоящая из генов люминесценции (свечения), поставленных под контроль специфических промоторов — регуляторных элементов, «включающихся» при повышении внутриклеточной генерации активных форм кислорода, или же при действии иных стресс-факторов — например, при повреждении ДНК. Стоит начать действовать на клетку таким стресс-фактором — бактерия начинает светиться, и по уровню этого свечения можно с достаточной точностью определить уровень повреждений.
Рисунок 5. Светящиеся бактерии на чашке Петри (слева) и принцип действия биосенсоров (справа)
Такие модифицированные штаммы разрабатываются в ГосНИИ Генетики [19] и широко применяются в генетической токсикологии [20] при изучении механизмов действия излучений и окислительного стресса [21], действия антиоксидантов (в частности, SkQ1 [22]), а также для поиска новых перспективных антиоксидантов среди синтезируемых химиками веществ [23].
В нашем случае использование именно бактериальной модели обусловлено следующим: бактерии, как известно, относятся к прокариотам, и клетки их устроены проще, чем эукариотические. Процессы, происходящие в мембране митохондрий эукариот, у прокариот реализуются прямо в клеточной мембране; в этом смысле бактерии — «сами себе митохондрии». (Удивительное сходство строения этих органелл с бактериями даже послужило в свое время основой для так называемой симбиотической теории происхождения эукариот [24].) Следовательно, для изучения процессов, происходящих в митохондриях, подобная модель вполне подходит.
Первые же результаты показали, что водная суспензия фуллерена C60, для более эффективного растворения обработанная ультразвуком, при добавлении к культуре биосенсоров увеличивала их устойчивость к повреждению ДНК активными формами кислорода. Уровень таких повреждений в опыте был на 50–60% ниже, чем в контроле.
Кроме того, было зафиксировано снижение уровня спонтанной продукции супероксид-анион-радикала в клетках SoxS-lux штамма при добавлении суспензии C60. Особенностью этого штамма как раз и является связь уровня его свечения с количеством супероксид-анион-радикала. Именно такого эффекта следует ожидать от соединения, действующего по принципу «мягких разобщителей» — если снижается трансмембранный потенциал, то и АФК (в частности, супероксид) будут вырабатываться в меньших количествах.
Полученные результаты, конечно, весьма предварительны, и работы еще продолжаются, именно поэтому в подзаголовке данного раздела и стоит вопросительный знак. Время покажет, сможем ли мы со временем заменить его на уверенный восклицательный. Ясно одно — в ближайшее время фуллерены неизбежно окажутся в фокусе внимания научных коллективов, изучающих проблемы старения и занимающихся поиском геропротекторов — веществ, замедляющих старение. И кто знает, не станут ли эти крохотные «шарики» надеждой на продление столь короткой пока человеческой жизни?
Работа проводилась в лаборатории экспериментального мутагенеза и лаборатории промышленных микроорганизмов НИИ биологии ЮФУ, а также в НОЦ «Наноразмерная структура вещества», ЮФУ, под руководством проф. А.В. Солдатова. Основные результаты моделирования системы «фуллерен+протоны» и биологические эффекты описаны, соответственно, в работах [25], [26].
