Наночастицы из селеномеланина защитили живые клетки от радиации

Американские химики синтезировали и протестировали на способность к защите от рентгеновского излучения наночастицы из селеномеланина — феомеланина с атомами селена вместо серы. Применение биосовместимых суспензий частиц позволило защитить живые клетки от воздействия доз до шести грей, что выше смертельной дозы для человека. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Человек подвержен воздействию радиации из естественных источников почти каждый день, а также нежелательную дозу излучения мы получаем при прохождении медицинской диагностики с использованием рентгена, радиотерапии и даже в авиаперелетах. Людей, а также многие растения, животные и грибы защищают от воздействия излучения меланины — группа гетерогенных биополимеров. Существует пять видов меланинов, один из которых, феомеланин, согласно предположениям ученых, эффективнее других исследованных меланинов защищает от воздействия ионизирующего излучения. Повышение интереса к полетам в космос вызывает потребность в эффективной защите от ионизирующего излучения, дозы которого в космосе особенно велики и разрушительны.

Приняв во внимание тот факт, что с ростом атомного номера эффективность поглощения рентгеновского излучения значительно увеличивается, Вэй Цао (Wei Cao) с коллегами из Северо-Западного университета синтезировали наночастицы из феомеланина с атомами селена вместо серы и протестировали способность полученного вещества защищать от ионизирующего излучения. Исследователи провели реакцию окисления леводопа (L-3,4-дигидроксифенилаланина) в присутствии природной аминокислоты селеноцистеина, в результате которой образовались частицы селеномеланина диаметром около 160 нанометров. Ученые также синтезировали наночастицы из феомеланина и эумеланина, чтобы сравнить способности к защите от рентгеновских лучей.

Схема синтеза селеномеланинаWei Cao et al. / Journal of the American Chemical Society, 2020

Методами химического анализа авторы подтвердили структуру молекулы и наличие моноселенидной функциональной группы (C-Se-C). Коэффициент экстинкции селеномеланина в ультрафиолетовой области оказался ниже, чем у эумеланина.

Эксперименты с живыми клетками показали, что наночастицы селеномеланина биосовместимы в концентрациях ниже 0,02 миллиграмм на миллилитр, аналогично эумеланиновым частицам. В клетках синтезированные наночастицы расположились как природные меланины. При воздействии рентгеновского излучения от двух до шести грей, только селеномеланиновые частицы предотвращали остановку клеточного цикла фазы G2/M. На клетки, к которым добавили суспензии этих наночастиц, воздействовали дозами шесть грей, но значение популяции живых клеток оставалось статистически таким же, как и у тех клеток, которые не подвергались облучению.

Степень остановки клеточного цикла под действием рентгеновского илучения от нуля до 6 грей. Черным столбикам соответствуют данные для образцов без наночастиц, серым — с наночастицами из эумеланина, голубые столбики показывают результаты для клеток с наночастицами из феомеланина, а коралловые столбики отвечают данным защиты клеточного цикла наночастицами из селеномеланинаWei Cao et al. / Journal of the American Chemical Society, 2020

Образование токсичных радикалов кислорода, вызванное радиолизом воды при действии доз излучения в шесть грей, в системах с селеномеланином оказалось существенно ниже, чем в контрольном эесперименте. Помещенные на радиохромные пленки суспензии с наночастицами селеномеланина экранировали от рентгеновского излучения намного лучше, чем суспензии частиц леводопа и феомеланина. Степень экспрессии генов под воздействием доз радиации в шесть грей в течение трех часов также существенно снижалась при введении в систему частиц селеномеланина.

Селеномеланин также удалось получить с помощью бактерий, в среде селеноцистеина и L-3,4-дигидроксифенилаланина. Биосинтезированный селеномеланин проявил схожие с синтетическими молекулами защитные свойства.

Авторы предполагают, что это направление науки может привести к обнаружению селеномеланина в природе, в областях богатых селеном и подверженных воздействию высоких доз радиации.

Предложенный метод синтеза может пригодиться для создания материалов, защищающих тела межпланетных путешественников, которые будут подвержены высоким дозам радиации. О том, как излучение может повлиять на физическое и психическое здоровье тех, кто захочет отправиться в полет к другим планетам, читайте в нашем материале «Излучение и отвага».

Автор: Алина Кротова
Источник: https://nplus1.ru/news/2020/07/09/selenomelanin