«Антидот» для клітинного шторму: як харківські науковці навчили нанокристали «гасити» оксидативний стрес

Цикл робіт «Поліфункціональні наноматеріали для сучасної біології, цивільної та військової медицини» науковців Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України НТК «Інститут монокристалів НАН України» (ІСМА НАНУ, Харків)  висунуто на здобуття Національної премії України імені Бориса Патона.

Команда під керівництвом членкині-кореспондентки НАН України, докторки фізико-математичних наук Світлани Єфімової здійснила справжній прорив: створила неорганічні нанокристали, здатні тонко керувати біохімією клітини.

Колективне фото номінантів Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України (зліва направо):

молодша наукова співробітниця Ольга  Сєдих; доктор фізико-математичних наук, завідувач лабораторії Владислав Семінько; кандидатка біологічних наук, старша наукова співробітниця Ніна Карпенко; доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Юрій Нікітченко; членкиня-кореспондентка НАН України докторка фізико-математичних наук, завідувачка відділу Світлана Єфімова; кандидатка біологічних наук, старша наукова співробітниця Наталія Кавок; доктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник Павло Максимчук.

Повномасштабна війна додала до класичних медичних викликів важкий фактор тривалого хронічного стресу. Він руйнує організм як цивільних, так і військових, запускючи ланцюгові реакції утворення вільних радикалів.

АФК — це не просто шкода. Без них клітина взагалі не живе, вони беруть участь у передачі сигналів та імунній відповіді.

 

Проблема виникає тоді, коли через вибухи, безсоння, важкі навантаження чи інфекції формується їхній надлишок.

 

Організм банально не встигає “гасити” цей хімічний шторм, руйнуються мембрани й ДНК.

 

Наша мета полягала у створенні розумного матеріалу, який не просто одноразово зв’яже радикальну молекулу, як звичайний аптечний антиоксидант, а працюватиме як багаторазовий регулятор біологічного балансу.

Наслідки стресу вражають: погіршується чоловіче репродуктивне здоров’я, загострюються бойові та побутові дерматози, сповільнюється загоєння ран. В умовах тривалої війни це питання не лише медицини, а й демографічної та економічної стійкості держави.

У відділі наноструктурних матеріалів ім. Ю. В. Малюкіна досліджують об'єкти розміром у кілька нанометрів — це у десятки тисяч разів тонше за людську волосину. У цьому масштабі фізичні закони мікросвіту починають працювати на біологію.

Взяти, наприклад, нанокристали ортованадатів рідкісноземельних елементів. Головна їхня фішка — так званий редокс-циклінг.

 Іони ванадію на поверхні наночастинки здатні легко змінювати свою валентність: спочатку вони приймають “зайвий” електрон від небезпечного радикала, знешкоджуючи його, а потім повертаються у вихідний стан.

Це не одноразова пігулка, а вічний двигун для нейтралізації оксидативного стресу безпосередньо всередині тканин.

Володимир Клочков доктор технічних наук, старший науковий співробітник Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України. 

«Темновий» запуск: коли потрібен не захист, а атака

Але що робити, коли оксидативний стрес потрібен нам як зброя — наприклад, щоб знищити пухлину або вбити стійку бактерію в рані? Дослідники з'ясували, що нанокристали можуть працювати і в зворотному напрямку.

Якщо нанокристал попередньо “зарядити” ультрафіолетом, носії заряду будуть захоплюватись на пастках.

 

Коли ми вимикаємо світло, ці заряди починають повільно вивільнятися і генерувати ті самі АФК вже в повній темряві. Це так звана “темнова” генерація.

 

Уявіть себе хірургом: ви обробляєте патологічний осередок світлом, прибираєте джерело випромінювання, а наноматеріал ще тривалий час самостійно знищує патогенні клітини.

Харківські фізики, хіміки та біологи об'єдналися, щоб створити універсальні гібридні платформи. Розроблені нанокристали володіють яскравою люмінесценцією, що дозволяє вирішувати одразу кілька завдань:

Сенсорика та діагностика: під дією АФК, наприклад, перекису водню нанокристали змінюють інтенсивність світіння, показуючи точний рівень запалення в тканинах.

Наноконтейнери: кристал слугує носієм для точкової доставки ліків до ураженої клітини.

Рентген-стимульована терапія: наночастинка поглинає жорстке випромінювання та передає його енергію лікам-фотосенсибілізаторам для боротьби з онкологією.

Ми перейшли від концепції “пасивного носія” до створення активного терапевтиного наноагента. Завдяки люмінесценції нанокристал сигналізує про проблему,  одночасно збалансовує рівень АФК в клітині та активує власні захисні системи організму. Це принципово новий рівень наномедицини.

Фундаментальні дослідження 2009–2025 років підкріплені вагомими науковими здобутками: 190 наукових праць (зокрема 65 статей у топових міжнародних журналах Q1/Q2) та серія патентів України.

Головне — розробка не залишилася в стінах лабораторій. В ІСМА НАН України створено напівпромислову ділянку для синтезу наноматеріалів біомедичного призначення, що забезпечує можливість переходу від фундаментальних досліджень до практичного виробництва.

Першим продуктом на основі водного колоїдного розчину нанокристалів стала дієтична добавка «Вагаревіта», яка не має відомих світових аналогів і вже знайшла практичне застосування як засіб комплексної підтримки та відновлення функціонального стану організму.

Важливим результатом стало також створення препаратів для ветеринарної медицини, що демонструє широту практичного застосування розроблених наноматеріалів та можливість їх використання для підтримки здоров’я і продуктивності тварин.

Таким чином, сформовано не лише окремі прикладні розробки, а цілісну науково-технологічну платформу — від синтезу та дослідження властивостей наноматеріалів до створення конкретних продуктів для медицини, фармації та ветеринарії.

Поєднання фундаментальної фізики кристалів з потребами та викликами сьогодення робить цикл праць харківських науковців одним із найсильніших претендентів на найвищу наукову нагороду країни.

Читайте також

Від Григорія Сковороди до сучасності: Слобожанщина стала частиною глобального артпроєкту МЗС (фото)

Мережа місцевих медіа «Громада Груп» працює завдяки вашій довірі.

 Підтримайте незалежну регіональну журналістику донатом.

"Громада" розповідає про важливі новини та злободенні теми, робить цікаві подкасти та яскраві відео про життя у громадах Харківського регіону, України та у світі.

Наша місія – просувати демократичні цінності, відповідальну журналістику та права людини.