Фуллерен 2.0

[ZickDRD]

Всем доброго времени суток.

Я сотрудник Лаборатории наноуглеродных материалов при СПБГПУ. Мы занимаемся разработкой методов получения новой модификации углерода - фуллерена. Благодаря нашим успехам, изучение свойств этого вещества стало коммерчески реализуемым (т.е. по карману научному сообществу). Следствием этого стал все возрастающий интерес к фуллерену со стороны медиков.

Начну с простого. Фуллерен - это особая форма углерода, в которой атомы соединены между собой в сферу, напоминающую по форме футбольный мяч рис.1.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
рис.1 модель фуллерена

Размер молекулы фуллерена С60 (60 атомов углерода), с которым мы как правило работаем, - 0.7 нанометров. Для сравнения размер эритроцита крови около 100 нанометров.

Процесс получения фуллерена крайне трудоёмок:
- сначала на специализированной установке сжигают в плазменной дуге два графитовых электрода (т.н. метод Кречмера);
- далее, из полученной сажи растворителем выделяют фуллерены (разные, с разным количеством атомов);
- после этого фуллерены разделают на фракции (как правило выделяют С60, его в саже большее количество)
- в конце концов, отгоняют растворитель, и многократно промывают фуллерен, чтобы избавиться от растворителя.

В конце концов мы получаем сухой, ничем не примечательный порошок черного цвета.

Теперь поговорим о свойствах фуллерена. Свойства можно разделить на две части, технические и медицинские.

Коротко, буквально два слова о технических свойствах:
- присадки для машинного масла -10% потребление топлива, +20% жизни трущихся агрегатов
- катализатор выращивания алмазов +30% к скорости роста кристалла искусственного алмаза
- компонент "прозрачных" солнечных элементов +переводит 60% инфракрасного излучения в электричество, забирая только 5% видимого света.

Т.к. эта ветка форума посвящена медицине, то на таких свойствах мы остановимся гораздо подробнее.
Медицинские свойства:
- сильнейший антиоксидант +в 125 раз сильнее витамина С (да и принцип действия у него другой)
- стимулятор раневого процесса + стимулирует регенерацию тканей
- стимулятор деления стволовых клеток
- молекулярный антибиотик (крайне низкая вероятность приспособления микроорганизмов к фуллерену)
- противовирусное средство
- способность преодолевать гематоэнцефалографический барьер (потенциально лекарство от СПИДа)
- противоопухолевая активность

Ниже будут приведены выдержки из книги Военно Медицинской Академии БГТУ рис.2 по большинству из этих пунктов.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
рис.2. обложка книги ВМА

Итак первое: антиоксидантные свойства фуллерена (Часть 2 Биологическая активность фуллеренов. Глава 1. 1.1 стр.50)

"Структурные особенности и физико-химические характеристики фуллеренов обуславливают широкий спектр их биологической активности, что является перспективным для их применения в клинике. При этом известные антиоксидантные свойства фуллеренов наиболее значимы, так как доказано, что нарушение процессов свободнорадикального окисления влечет за собой целый каскад негативных реакций и патологических процессов, лежащих в основе большинства заболеваний.

Особое внимание привлекают антиоксидантные эффекты фуллерена С60 , способного как губка впитывать свободные радикалы, что определяется электронакцепторными свойствами его псевдоароматической структуры. Например, одна молекула фуллерена может присоединять до 34 метальных радикалов ( K r u s t i k P . J . , 1 9 9 1 ) . Антиоксидантная способность фуллеренов зависит от числа активных центров и расстояния между активными центрами и атомами-мишенями.

Выявлено ингибирующее действие фуллеренов in vivo и in vitro в отношении выработки синглетного кислорода, супероксидного и гидроксильного радикалов. Эффект угнетения свободнорадикальных процессов у некоторых производных фуллерена Cf t 0 связывают с имитацией действия супероксиддисмутазы без участия фуллеренового каркаса с кислородными радикалами. Показано, что антиоксидантная активность фуллерена С60 обуславливает его нейропротективные, гепатопротективные, радиопротективные и противовоспалительные свойства."
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Примечание: ПВП и Tween80 - носители фуллерена.

Таким образом, установлено, что наибольшей антиоксидантной активностью из изученных препаратов обладает кластер фуллерена С60/T w e e n 8 0 . Способность кластера C 6 0 / T w e e n 8 0 дисмутировать
супероксид повышается пропорционально росту выработки данногорадикала макрофагами, что свидетельствует о модулирующем действии препарата. Антирадикальные эффекты водорастворимых производных фуллерена С6 0 во многом зависят от их концентрации в растворе, от компонентов, входящих в состав нанокомпозитов, и от изначального уровня свободных радикалов.

Пока что все, завтра или на днях, я продолжу писать сюда статьи о фуллерене.

[JShadowLord]

хмм..
опять бананотех?
и чегось то много тут каких то умных слоффф..    

[ZickDRD]

Снова здравствуйте. В первой статье уже прозвучало слово ФУЛЛЕРЕНОЛ, в следующих материалах оно опять будет встречаться неоднократно. Поэтому выложу небольшую статейку про то, что такое фуллеренол, зачем он нужен и чем он отличается от фуллерена.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ДОСТУПНОСТЬ ФУЛЛЕРЕНА

Почти во всех статьях, описывающих медицинские свойства фуллерена, упоминается об одном очень важном нюансе - его биологической доступности. Иными словами, фуллерен может оказать должное действие на клетку, процесс или весь организм в целом только если он способен легко попасть в этот организм.

Биологическая доступность фуллерена определяется растворимостью его в воде или другом безопасном для человека веществе. В воде фуллерен почти нерастворим - всего лишь миллионные доли грамма на литр, и во многом это тормозило исследования в сфере его применения для организма человека.
Статья:
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Приводит такие результаты:
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]

Для использования свойств фуллерена в медицине просто необходимо было разработать его биологически доступную модификацию. Ею стал фуллеренол, поверхность которого обогащена ОН-группами (см. рис.1).
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
рис.1 молекула фуллерена и фуллеренола
Полное название нового вещества - полигидроксилированный (поли - много, гидроксо - гидроксид) фуллерен. Его молекула «цепляется» за окружающие молекулы воды торчащими во все стороны ОН-группами, что позволяет добиваться растворимости в десятки грамм на литр. Вода при этом приобретает характерный коричневый цвет.

[ZickDRD]

Следующий пункт разговора про фуллерен - влияние его на раневой процесс. Сразу скажу, что тема эта сложная и обширная, так что я постарался упростить и изложить основные пункты. Для тех, кто хочет подробно ознакомится - скачивайте книгу, там все подробнейшим образом написано.

Статья, представленная ниже, являет собой краткое описание раневого процесса и эксперимента по влиянию фуллерена на заживление ран. Используемая информация: РАНЕВОЙ ПРОЦЕСС: НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ ОПТИМИЗАЦИИ, Под редакцией доктора медицинских наук, профессора В. А. Попова. Предисловие стр 7-9,глава 7 стр 127-130.


Влияние фуллерена на раневой процесс
В настоящее время в результате большого объема исследовательских работ, проведенных зарубежными и отечественными учеными, созданы реальные предпосылки для внедрения нанобиотехнологии в диагностику и интенсивную терапию ряда заболеваний, в контроль над состоянием биологических систем при различных видах патологии, что можно рассматривать как появление нового клинического направления -- наномедицины.
В работе ВМА в качестве модели для исследования биологической активности нанобиокомпозитов был выбран наиболее типовой патологический раневой (воспалительный) процесс, развивающийся при многих хирургических заболеваниях, при тяжелых ожогах и механических травмах, в том числе при огнестрельных ранениях.
В общей динамике раневого процесса четко прослеживаются три основных периода:
1-й период -- сосудистые изменения, воспаление, образование гноя.
2-й период -- разрастание соединительной гранулярной ткани.
3-й период -- образование рубца и его частичное или полное рассасывание.
Воспаление -- это защитная реакция, преследующая главную биологическую цель - уничтожение всего, что организм считает чужеродным. При достижении этой цели организм, прежде всего, решает следующие промежуточные задачи:
•   определить зону воспаления - очаг инфекции,
•   зону некроза тканей,
•   зону образования злокачественных клеток,
Из-за нарушения обмена веществ, клетки в зоне поражения начинают вырабатывать ферменты и кислоты, что вызывает так называемый клеточный ацидоз (повышение кислотности). Этот «клеточный пожар» становится причиной вторичного повреждения окружающих тканей. Также поврежденные клетки выбрасывают огромное количество свободных радикалов (супероксиданион-радикал, гидроксил-радикал,  пергидроксильный радикал, пероксил-радикал,  синглетный кислород).
Данные литературы о заживляющих свойствах мазевых композиций фуллерена С60 на основе вазелина (Крылова Л.А., 2003) позволяют говорить о перспективности его использования при местном лечении ран. Однако неспособность С60 растворяться в воде и других полярных растворителях затрудняет создание на его основе современных гидрофильных мазевых композиций и раневых покрытий. Осуществление данной задачи возможно только при использовании его водорастворимых производных.
Исследование влияния фуллерен содержащих препаратов проведено на модели кожных асептических ран размером 2,0х2,0 см. В эксперименте использовали 20 крыс-самок линии Вистар. Животные были разделены на 2 группы по 10 в каждой.
1-я группа являлась опытной, у животных данной группы на раны наносили порошок С60/ПВП.
2-я группа являлась контрольной, на раны у крыс наносили порошок ПВП (препарат «Энтеродез»).
В обеих группах перевязки осуществляли через день. После осмотра и оценки состояния ран, их обрабатывали антисептиком -- 0,25% водным раствором хлоргексидина и повторно наносили исследуемые препараты.
Критериями оценки служили скорость, а также сроки полного заживления и состояние раны на 7, 10, 14 и 21-е сутки.
Результаты эксперимента с погрешностями указаны в таблице:
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]

Срок полного заживления ран под действием кластера С60/ПВП на 8 суток короче по сравнению с контрольной группой. Данные планиметрического исследования показали, что процессы заживления ран в опытной группе протекали быстрее в течение первых семи дней, что по срокам соответствует первой фазе раневого процесса -- фазе воспаления. Усиление восстановительных процессов под действием кластера фуллерена С60/ПВП в ранний срок, по-видимому, связано с антиоксидантной активностью препарата, которая предотвращает повреждение клеток и тканей продуктами саморастворения и ацидоза.
При этом происходит интенсификация общего хода раневого процесса, что подтверждается данными исследования и проявляется в усилении роста соединительной ткани, активациии синтеза коллагена, образовании и созревании грануляционной ткани, более быстром рубцевании раны, рассасывании рубца.

[ZickDRD]

Фуллереновые наноматериалы для ускорения роста волос.
В 2009 году американские ученые Антон  Дилинджер, Роберт Стефен и Кристофер Кеплиз Вирджиния США, опубликовали в журнале «Экспериментальная медицина» статью «Фуллереновые наноматериалы ускоряют рост волос». Ниже представлена краткая версия ее перевода.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Ссылка на оригинал: [Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Аннтоация
Потеря волос - это неприятный симптом большого количества заболеваний. Целью данного исследования является изучение влияния фуллереновых наноматериалов на рост волос. Мы использовали обритых мышей и  генетически лысых мышей линии «SKH-1 bald mice» для определения влияния фуллереновых наноматериалов на рост волос и количество волосяных фолликул.
Фуллерен - это молекула углерода, напоминающая сферу и обладающая свойствами, которые применимы  для лечения широкого спектра заболеваний. Например, водорастворимая форма фуллерена С60 показала способность к увеличению продолжительности жизни мышей и улучшению когнитивных функций при неврологических расстройства.
Мы предположили, что фуллерен может влиять на фундаментальные механизмы, контролирующие формирование фолликула и рост волоса.
Материалы и методы
Все мыши (8ми месячные самцы) были получены из Лаборатории Чарльза Ривера (Веллингтон, Массачусетс), исследования были согласованы с Экспертным советом в Ханмерском Институте Исследования Здоровья (Северная Каролина). У обыкновенных мышей была побрита средняя часть спины. «Голые» мыши SKH-1 были выбраны по причине того, что позволяли точно и легко определить влияние фуллерена на количество фолликул, т.к. обладали минимальным их количеством.
Т.к. фуллерен сам по себе не растворим ни в воде ни в жирах, нам пришлось синтезировать производную фуллерена, способную растворяться в воде и/или жире рис.1.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Производная фуллерена вводилась как подкожно при помощи шприца, так и местно, при помощи марлевого тампона. В качестве растворителя использовался диметилсульфоксид или диэтиленгликоль монометил - вещества не оказывающие влияния на рост волос и формирование фолликул.
Для исследования на человеческой коже из Ассоциации тканей человека анонимно был получен образец. Его разделили на три пробы, которые были помещены в асептический состав содержащий фллерен на 14 дней. Каждые 4 дня раствор менялся. После этого образцы были изучены под световым микроскопом.
Результаты
На рис.2 видно, что группы мышей А и Б, получавшие производную фуллерена, показали ускоренный рост волос по сравнению с группами, получавшими чистый растворитель.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Также было изучено влияние производной фуллерена на генетически «голых» мышей. Как видно на рис.2 группы мышей С и D, получавшие ежедневно фуллерен подкожно, показали значительное ускорение роста волос. Похожие результаты и для мышей, получавших фуллерен поверхностно. Усиление роста волос было связано с увеличением количества волосяных фолликул в коже (рис.3). Т.о. фуллерен не только ускоряет рост волос но и увеличивает количество волосяных фолликул рис.4.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Для определения возможности ускорения роста волос в человеческой коже, мы содержали образцы человеческой кожи в составе, содержащем фуллерен и составе без фуллерена. Как видно на рис.5, через 14 дней наблюдается значительный рост волос, по сравнению с контрольным образцом.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Обсуждение
В США сейчас Министерством питания и лекарств подтверждено только два способа лечения потери волос - при помощи миноксидила и финастерида. В исследованиях на животных было показано, что миноксидил уменьшаяет период «отдыха», уменьшая время до периода формирования фолликула, при этом увеличивает этот период, из-за чего увеличивается размер фолликула. Финастерид - это антиандроген, он уменьшает дегенеративные процессы в волосе, за счет снижения влияния дигидротестостерона. Тем не менее оба этих вещества не способны увеличить количество волосяных фолликул. Фуллерен же, как показано в статье, является эффективным способом выращивания новых фолликулов.


Надеюсь материал был кому-то интересен и полезен.

[ZickDRD]

Перевод научной статьи о влиянии геля с фуллереном на развитие акне и выработку кожного сала.
[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]

Оригинал статьи [Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]
Перевод статьи [Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]

Примечание - перевод с японцев всегда сложный. Более того, переводилась статья в спешке при подготовке к конференции - возможны незначительные стилистические ошибки. Надеюсь качество информации при этом не пострадает.

Аннотация
Оксидативный стресс играет большую роль в развитии акне, предполагается, что агенты - поглотители активного кислорода, могут иметь терапевтический эффект при ее лечении.  Фуллерен - сферическая молекула углерода, обладающая исключительной способностью поглощать свободные радикалы. Поэтому мы исследовали эффективность фуллеренового геля при лечении акне.  Дважды в день на протяжении 4х и 8ми недель мы поверхностно применяли гель. За этот период чисто очагов воспаления (папул и пустул) снизилось на 23% и 34% для двух периодов времени. Чисто пустул, содержащих гной, существенно уменьшилось - на 87%. Анализ количества выработанного кожного сала у хомяков показал, что фуллерен снижает его выработку в условиях эксперимента. Т.е. нужно отметить, что фуллерен подавляет проявления акне через уменьшения воспалительного процесса и снижение количества вырабатываемого кожного сала. После 8ми недель применения содержание влаги в коже увеличилось на 17%.

Введение
Акне - это воспалительное заболевание кожи, поражающее сальные железы и имеющее множество симптомов: увеличение сальных желез, увеличение выработки кожного сала, гиперкератоз волосяных фолликулов (воспаление, вростание волоса) и разрастание колоний бактерии акне вульгарис. Оксидативный стресс также играет важную роль в формировании акне. Исследования 1 и 2 показывают, что вещества, нейтрализующие активный кислород, могут служить терапевтическими средствами.

Фуллерен - сферическая углеродная молекула, которая, благодаря своей структуре, обладает сильными антиоксидантными свойствами. Его антиоксидантная активность в несколько сотен раз выше, чем у других известных антиоксидантов (3). Из-за этого фуллерен незаменим в лечении нейордегенеративных расстройств (4) и артритах (5-7) и может быть эффективен против множества заболеваний, вызванных оксидативным стрессом (8). Известно, что фуллерен, будучи нанесенным на кожу, защищает кератиноциты от разрушения под действием активного кислорода, образованного воздействием ультрафиолетового излучения (9). Фуллерен проникает глубоко в кожу (10), не вызывая ее раздражения (11). Следовательно, фуллерен - это потенциальный кандидат для местного лечения акне (12). Поэтому мы решили определить эффективность фуллеренового геля при лечении акне.

Методы
Исследования проводилось на 11ти пациентах (5 мужчин и 6 женщин) в возрасте от 23х до 39и лет с акне вульгарис. Количество очагов  воспаления варьировалось от 6 до 39, в зависимости от степени развития акне. Очаги были выявлены и посчитаны Группой Изучения Акне Япония (Hayashi N, Akamatsu H, Kawashima M. Establishment of grading criteria for acne severity). В течение эксперимента пациентам местно на кожу лица дважды в день применялся 1% гель, содержащий липофильный фуллерен (жирорастворимый). В начале эксперимента, на 4ю и 8ю неделю были сделаны фотографии кожи лица пациентов, а все очаги воспаления пересчитаны. Содержание воды и сала в коже было измерено при помощи корнеометра CM 825 и себоометром SM 815. Количество расширенных пор  на коже было подсчитано системой VISIA (Canfield Scientific,Inc., Fairfield, New Jersey). В течение эксперимента пациенты не принимали никаких сторонних средств для лечения акне. Все пациенты подписали письменное согласие на проведение исследования.

Себоциты хомяков из сальных желез 5ти недельных хомяков самцов были предоставлены из Kurabo Co., Osaka, Japan. Эти клетки были помещены в образцы человеческой кожи, которые затем содержались в питательной среде 7ми дней. Для усиления выработки кожного сала в раствор добавлялись: 8% сыворотка бычьей крови, 2% сыворотка крови человека и 10 мкг/мл инсулина. Измерения проводились каждые два дня. К этому составу добавлялся или фуллерен или вода, в зависимости от группы. Через две недели клетки собирали и методом Oil Red O staining  определяли уровень производства липидов. После чего высчитывался уровень производства кожного сала.

Изменение в параметрах кожи, включая количеств  воспалений, определялось Критерием Уилкоксона, а информация о производстве кожного сала была обработана методом Стьюдента.

Результаты
Количество очагов воспаления уменьшилось на 15% после 4х недель и на 28% после 8ми недель эксперимента. После окончания эксперимента, количество воспалений продолжило уменьшаться только у 3х человек (рис.1.).

[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]

Количество пустул, содержащих гной, уменьшилось на 87% (рис.2-А), что говорит о сильном подавляющем эффекте, который оказывает фуллерен на развитие пустул, возможно, благодаря своему антиоксидантному эффекту (16).

[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]

Вместе с этим, наше исследование количества выделяемого клетками хомяков сала показало, что фуллерен снижает его выработку на 27.4% (рис.2-Б). Возможно, здесь кроется еще одна причина влияния фуллерена на развитие акне. Также мы сообщаем о самом лучшем результате среди пациентов - 29ти летнем мужчине, у которого за время 8ми недель эксперимента не появилось ни одного нового воспаления (рис.3 А-В), а количество старых снизилось с 39 до 13.

[Для просмотра ссылки зарегистрируйтесь]

После 8ми недель применения геля с фуллереном, содержание воды в коже, измеренное кореометром, увеличилось на 17%, что говорит о улучшении защитных функций кожи. При этом другие параметры, такие как содержание порфирина и количество крупных пор, осталось без изменения.  Более того, выделение кожного сала, исследованное прибором Sebumeter SM815, не изменилось, не смотря на  зарегистрированное снижение уровня выработки кожного сала, показанное на рис.2-Б. Это расхождения вероятно вызвано учетом не всех факторов при эксперименте на живой коже, по сравнению с экспериментом на образце.

Обсуждение
Наше открытое исследование показало, что фуллерен имеет положительный эффект при применении его против акне вульгарис. Не смотря на это, после 8ми недельного применения, количество воспалений уменьшилось в среднем только на 37%, в то время как применение адапален-геля дало уменьшение количества воспалений на 63% (17), можно сказать, что фуллерен имеет умеренное влияние на акне. Но все-таки, 8 из 11 пациентов, показали снижение количества нагноений, значит фуллерен может использоваться для лечения пациентов с акне. Следует отметить, что компоненты геля, без фуллерена, не проявляют противовоспалительного действия на акне, более того, компоненты геля ее усугубляют (18).
В течение эксперимента количество влаги в коже пациентов увеличилось. В геле содержался 1% сквалена, который мог вызвать подобный эффект. Исследование влияния на кожу этого вещества отдельно или влияния на кожу геля без него в этой работе не проводилось.
Наши прошлые исследования влияния фуллерена на пигментные пятна и меланому (21), позволили нам сделать предположение, что фуллерен способен оказывать влияние на количество расширенных пор. К сожалению, эта гипотеза не подтвердилась.

Порфирин, являющийся метаболическим продуктом акне, как известно, стимулирует выделение производной кератоцита - интерлейкина-8 в пилосебационных комплексах, что приводит к распространению воспаления на прилегающие области (22). Уровень порфирина значительно снижается при лечении изотреином (23). В нашем же исследовании сильное уменьшение количества порфирина было получено путем применения фуллеерна, что было  определено использованием систему VISIO. Это открытие может помочь понять разницу в механизмах действия фуллерена и изотреина от антибиотиков.

Все описанное выше исследование основывается на недавнем открытии антибактериального влияния фуллерена на бактерии акне, стафилококки, кандиды и Malassezia furfur. В нем приведены экспериментальные данные, показывающие, что фуллеерн ингибирует гноеобразование, выделение кожного сала, возможно, благодаря своему антиоксидантному эффекту.

Надеюсь предоставленная информация будет полезной.