CC BY
3061548
© Л.Б. ПИОТРОВСКИЙ1, М.Ю. ЕРОПКИН2, Е.М. ЕРОПКИНА2,
М.А. ДУМПИС1, О.И. КИСЕЛЕВ2; 2007
1 ГУ НИИ экспериментальной медицины РАМН;
акад. Павлова ул., 12, Санкт-Петербург, 197376, Россия
2 ГУ НИИ гриппа РАМН, проф. Попова ул., 15/17, Санкт-Петербург, 197376
Резюме
Исследованы
окислительно-восстановительные свойства различных форм фуллерена в модельных и биологических экспериментах. Обсуждаются общие вопросы токсичности фуллерена С60.
Пиотровский Л.Б., Еропкин М.Ю., Еропкина Е.М., Думпис М.А., Киселев О.И. Механизмы биологического действия фуллеренов — зависимость от агрегатного состояния // Психофармакол. биол. наркол. — 2007. — Т. 7, № 2. — С. 1548-1554.
^КпЮЧе1БЫе-СЛОБ^^
фуллерен; клеточные культуры; нанотехнологии; антиоксидант; оксидант; токсичность
МЕХАНИЗМЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ — ЗАВИСИМОСТЬ ОТ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в мире происходит четвертая технологическая революция, связанная с развитием и выходом в практику нанотехнологий, т.е. переход к использованию систем, размеры которых не превышают 100 нм [16]. Не отрицая роль других наночастиц, следует все-таки отметить, что если не возникновение, то бурное развитие нанотехнологий неразрывно связано с открытием наноструктур углерода — фуллеренов, нанотрубок и наноалмазов.
Первые фуллерены — фуллерены С60 и С70 — были открыты в 1985 году [23], хотя устойчивость «геодезической» структуры С60 была теоретически предсказана раньше [1, 29]. Позднее они были обнаружены в природе, в древесных углях и продуктах сгорания органических соединений [11, 26, 36]. Фуллерены представляют собой единственную известную форму углерода, характеризующуюся строго определенными по молекулярному весу и свойствам молекулами. Практически сразу фул-лерены привлекли внимание многих исследователей, в том числе и с точки зрения возможности их использования в биологии и медицине [3].
В последнее время в литературе интенсивно обсуждается вопрос о токсичности фуллеренов. Достаточно отметить лишь несколько статей, в которых авторы пытаются обосновать тезис о токсичности самого фуллерена [17, 27, 35]. Однако результаты, полученными этими авторами, находятся в резком противоречии с полученными ранее данными об отсутствии у фуллеренов ярко выраженной токсичности [см. обзоры 6, 15, 21, 30]. Более того, сами авторы первой работы [27] позднее признали методические недостатки своего исследования, связанные с наличием в испытанных образцах достаточно большой концентрации тетрагидрофурана [28]. Тем не менее, вопрос о токсичности фуллеренов продолжает широко обсуждаться.
Цель даннойработы — изучение влияния самого немодифицирован-ного фуллерена С60 на различные биологические объекты для оценки, в первую очередь, его общебиологического действия. Исследование биологических свойств фуллеренов осложняется тем, что они практически нерастворимы в полярных, приемлемых для биологических исследований растворителях. Тем не менее, в воде фуллерены способны образовывать молекулярно-коллоидные растворы, в которых молекулы фуллерена объединяются в достаточно большие, отрицательно заряженные гидратированные агрегаты, размер которых зависит от способа получения [6].
Биологическая активность фуллерена обусловлена, естественно, его физическими и химическими свойствами, и поэтому он способен при освещении проявлять свойства окислителя, тогда как в темноте он выступает в роли высокоактивного антиоксиданта благодаря своей способности «улавливать» свободные радикалы [3]. Нельзя также сбрасывать со счетов и высокую липофильность молекул фуллерена, которая обеспечивает его способность взаимодействовать с биологическими мембранами.
Ранее нами было показано, что механизм виру-лицидного действия фуллерена С60 зависит от формы его введения в среду. При использовании водорастворимого комплекса с поливинилпирролидоном (С60/ПВП) повреждающее действие на мембраны вирионов не зависит от освещения (мембранотроп-ный механизм [31]), тогда как в случае водного молекулярно-коллоидного раствора его действие проявляется только при освещении — в этом случае фуллерен способствует образованию синглетного (или других активных форм) кислорода (окислительное действие).
В данной работе нами было продолжено исследование биологических свойств фуллерена в кристаллическом виде (поверхность с кристаллами фуллерена С60, «фуллереновая пленка») и в виде комплекса С60/ПВП. Использование поверхностей, модифицированных фуллереном, имеет существенное преимущество при изучении его действия на клеточные культуры, так как в этом случае имеет место максимальный контакт клеток с фуллереном — они распластываются на поверхности и колонизуют ее в виде конфлуэнт-ного монослоя. Именно этим данная система принципиально отличается от водорастворимых комплексов и мелкодисперсных суспензий фуллерена С60. Тестирование про- и антиоксидантной активности фуллерена проводилось нами в модельных (химических) и биологических системах.
Покрытые фуллереном поверхности были получены упариванием насыщенного раствора фуллерена С60 в гексане в 48 лунках 96-луночного культурального планшета («Sarstedt»). В каждую лунку наносили 0,25 мкл раствора, упаривали гексан при температуре 20—25 оС и повторяли процедуру несколько раз до получения желаемой концентрации фуллерена (10, 20 и 30 мкг/см2). Нанесение именно этого объема позволяет получать поверхность, покрытую фуллереном на дне лунки и на ее стенках на высоте не более 2 мм. Микроскопические исследования (световая и просвечивающая электронная микроскопия) показали, что поверхность покрыта неравномерно, на ней образуются отдельные изолированные кластеры. Таким образом, изучаемые
нами «фуллереновые пленки» представляют собой не сплошную пленку молекул фуллерена на поверхности, а изолированные ассоциаты молекул фуллерена.
Комплекс С60/ПВП получен нами по описанной ранее методике [4]. В качестве полимера-носителя использовался поливинилпирролидон (ПВП) фирмы «Мегск» мол. массы 25 000 или фармакопейный препарат поливинилпирролидона «Энтеродез». Содержание фуллерена С60 в исследованных комплексах составляло 0,50—0,66 в. %.
Возможный про/антиоксидантный эффект С60 тестировался в присутствии флуоресцентного зонда 2’,7’-дихлорофлуоресцеина. Указанный краситель окисляется активными формами кислорода (АФК), в первую очередь Н2О2 с образованием флуоресцирующей окисленной формы (^ех=385 нм; ^еш=535 нм). Данный метод является одним из наиболее прямых методов индикации АФК [12, 14, 24].
Поверхность, модифицированная фуллереном, обладает отчетливым антиоксидантным действием. При использовании модельной системы с перекисью водорода наблюдалось гашение флуоресценции 2’,7”-ди-хлорофлуоресцеина при концентрациях Н2О2 97 и 194 мкМ. При существенно более высокой концентрации последней (970 мкМ) наблюдалось недостоверное превышение контрольного уровня флуоресценции (рис. 1). Эти данные, с одной стороны, подтверждают антиоксидантную активность чистого С60, с другой стороны, указывают, что этот эффект ограничен определенной «антиоксидантной емкостью».
Действие пленки фуллерена С60 (10 мкг/см2) на флуоресценцию 2’,7-дихлорфлуоресцеина в присутствии различных концентраций Н2О2 (время инкубации: □ — 10 мин, □ — 20 мин, □ — 30 мин;
1, 2, 3 — концентрации Н2О2 97, 194 и 970 мкМ соответственно); * — р < 0,05; # — р < 0,001
1549
1550
Таблица 1
Интегральная активность клеточных дегидрогеназ в реразуриновом тесте при выращивании культуры МА-104 на фуллереновой поверхности 3 суток
Концентрация С60, мкг/см2 Относительная флуоресценция, усл.ед.
0 3,93 ± 0,17
10 3,83 ± 0,19
20 3,84 ± 0,18
30 3,84 ± 0,10
Однако при этом модифицированная фуллереном С60 поверхность вполне пригодна для адгезии и нормального роста клеток в культуре. Клетки линии МА-104 (линия почечного эпителия зеленой мартышки) в среде Игла-МЕМ образуют на ней нормальный монослой, причем количество клеток и интенсивность их окислительного метаболизма лишь немного ниже контрольных клеток, выращенных на обычной пластиковой подложке. Жизнеспособность клеток оценивали с помощью теста восстановления резазурина, который восстанавливается митохондриальными дегидрогеназами живых клеток до флуоресцирующего продукта резаруфина (^max возбуждения 530 нм, ^max эмиссии 590 нм). Данный метод является одним из наиболее распространенных тестов оценки жизнеспособности и дыхательного метаболизма клеток in vitro, входящим в набор тестов по оценке токсичности, официально принятых в Европейском Союзе [9, 14]. Полученные результаты свидетельствуют, что исследованные нами концентрации С60 на полипропиленовой поверхности клеточного планшета практически не влияют на ее ростовые свойства (табл. 1). Незначительное снижение показателя восстановления клетками красителя следует, с нашей точки зрения, трактовать не как токсическое действие фуллерена, а как простое изменение степени гидрофобности поверхности, что сказывается на скорости ее заселения клетками. Кроме того, необходимо учитывать и возможное повреждение поверхности гексаном. Но подчеркнем еще раз, что эти эффекты незначительны.
Следовательно, фуллерен С60 в кристаллическом виде в обычных условиях культивирования клеток (при отсутствии интенсивного освещения) не оказывает никакого токсического действия на клеточные культуры.
Совершенно другая картина наблюдается, однако, при освещении. Клетки МА-104 после 24 часов выращивания на «фуллереновой пленке» (10 мкг/см2) были подвергнуты облучению в течение 30 мин гало-
геновой лампой, снабженной рефлектором интенсивностью 500 W на расстоянии 20 см (плотность мощности около 45 mW/cm2). Клетки дополнительно инкубировали 18 часов, после чего отмывали среду инкубации и оценивали их жизнеспособность реза-зуриновым флуориметрическим методом. В этих условиях фуллерен С60 проявил мощное фотоцитотоксиче -ское действие: относительная флуоресценция при облучении контрольных клеток составила 1,80 ± 0,05, а в опытных лунках 0,96 ± 0,06 (р < 0,001), т.е. скорость клеточного метаболизма упала фактически до уровня бесклеточного контроля ( = 1,0). Практически это означает, что почти все клетки погибли, вероятно, за счет повреждения АФК, генерируемыми С60 при облучении (рис. 2).
Следовательно, токсическое действие твердого фуллерена на биологические объекты проявляется только при освещении.
Чтобы показать, что фототоксичность С60 действительно связана с генерацией АФК, был исследован фотодинамический эффект фуллерена в присутствии и в отсутствие антиоксидантов (АО).
В качестве АО с неспецифическим прямым механизмом действия был выбран гипоксен — натриевая соль поли(2,5-дигидроксифенил)-4-тиосульфокисло-ты, — который кроме прямого АО эффекта «ловушки свободных радикалов», обладает и антигипоксант-ным действием, шунтируя 1 и 2 комплексы дыхательной цепи митохондрий, ингибированные вследствие гипоксии. АО вводили в среду инкубации клеток перед их облучением и оставляли в течение последующей инкубации клеток. Гипоксен в концентрации 40 мкг/мл, сравнимой с дозами применяющимися in vivo, полностью блокировал фотоцитотоксичность
2,5-1
Рис. 2
Фотодинамический эффект фуллерена С60 на клетки МА-104, выращенные на «фуллереновой пленке» (С60 10 мкг/см2). Черные колонки — опыты без освещения, серые — при освещении
Таблица 2
Фотодинамический эффект фуллерена Сш (10 мкг/см2) на культуру клеток МА-104 под воздействием азида Ка и некоторых антиоксидантов
Примечание: Клетки выращивали 1 сутки, далее ростовая среда заменялась на бессывороточную и добавлялись соответствующие реактивы, после чего планшеты облучали галогеновой лампой (около 45 mW/cm2) и дополнительно инкубировали в темноте 18 час. Тест-метод определения клеточной жизнеспособности — восстановление резазурина. Результаты представлены в % от контроля.
* — достоверное отличие от контроля (р < 0,01);
+ — достоверное отличие от Сад без препаратов
(р < 0,01). 1 — гипоксен (олифен) 40 мкг/мл, облучение
10 мин; 2 — рекомбинантная СОД из дрожжей (рексод)
10 мкг/мл (около 0,34 мкМ), облучение 10 мин;
3 — эритроцитарная человеческая СОД (эрисод)
10 мкг/мл плюс восстановленный глутатион 100 мкг/мл (325 мкМ), облучение 30 мин; 4 — азид Na 25 мМ, облучение 15 мин.
С60, причем жизнеспособность клеток возвращалась до уровня контроля, что служит убедительной иллюстрацией свободнорадикальной природы повреждений клеток при фотодинамическом эффекте фуллеренов (табл. 2). Цитотоксическое действие Сб0 блокировалось азидом натрия, представляющим собой специфическую ловушку для синглетного кислорода [19, 22, 25]. При этом в данной тест-системе не наблюдалось защитного эффекта при использовании человеческой эритроцитарной супероксиддисмутазы (СОД) (10 мкг/мл, 0,338 мкМ) и глутатиона (100 мкг/мл, 325 мкМ), что может служить доказательством того, что повреждающим агентом при фотодинамическом эффекте С60 является именно синглетный кислород, а не другие активные формы кислорода (гидроксильный или супероксидный радикалы).
Таким образом, твердый фуллерен С60 при контакте с полярными средами способен проявлять как анти-, так и прооксидантные свойства, причем последние только при освещении.
IZ
со
IZ
1 2 3
Рис. 3
Образование АФК под действием комплекса С6/ПВП (1 — без освещения, 2 — освещение 15 мин, 3 — освещение 30 мин) (содержание С60— 0,66 %, м.м. ПВП 25000); тест-метод — флуоресценция 2,7’-дихлорфлуоресцеина
Вторая исследованная нами форма введения фуллерена в полярные среды — это водорастворимый комплекс С60/ПВП.
В модельных условиях (физиологический раствор на фосфатном буфере — PBS, рН 7,4) комплекс С60/ПВП (содержание С60 = 0,66 %, м.м. ПВП 25000) в отсутствие добавления АФК и без освещения достоверно повышал уровень флуоресценции по отношению к контролю (чистый ПВП в той же концентрации), что является показателем наличия у С60 в данных условиях про-оксидантной активности (рис. 3). Этот эффект значительно усиливался при освещении, что является еще одним доказательством генерации АФК комплексом С60/ПВП.
Способность комплекса С60/ПВП образовывать АФК ранее наблюдалась и в биологических системах [38, 39]. Однако, если в первой работе предполагалось, что в качестве АФК выступает синглетный кислород, то во второй работе делается вывод, что комплекс С60/ПВП в водных средах генерирует су-пероксид-анион-радикал или гидроксил-радикал.
Однако при введении комплекса С60/ПВП (до
5 мг/мл) в культуральную среду при выращивании клеток мы не наблюдали практически никаких эффектов. Клетки линий МА-104 и HepG2 росли нормально в течение 3—6 суток, при этом не наблюдалось ни морфологических изменений на светооптическом уровне, ни достоверных сдвигов интенсивности клеточного метаболизма (табл. 3).
Наиболее разумным объяснением наблюдаемых различий поведения фуллерена в составе комплекса С60/ПВП в модельной и биологической системах является то, что сам комплекс устойчив только в чисто водной среде. При его растворении в физиологиче-
Контроль Контроль + + препарат С60 С60 + + препарат
Гипоксен1
100,0 ± 3,3 100,0 ± 1,7 51,7 ± 2,0* 96,8 ±2,1 +
Азид Na 4
100,0 ± 3,7 80,0 ± 2,8* 36,7 ± 0,35* 62,1 ±1,3*+
СОД 2
100,0 ± 2,7 108,8 ± 3,4* 89,4 ± 3,1* 87,4 ± 3,0*
3
100,0 ± 3,2 — 45,5 ± 1,8* 45,2 ± 2,5*
1551
1552
Таблица 3
Отсутствие эффекта комплекса С60/ПВП (5 мг/мл) на жизнеспособность культуры клеток МА-104. Тест-метод — восстановление резазурина
ском растворе наблюдается выделение свободного фуллерена, который, естественно, проявляет фото-динамические свойства. Однако существенным отличием водорастворимых комплексов фуллерена С60 с органическими соединениями (ПВП, у-циклодекст-рин и т.п.) от других форм, используемых для биологических исследований, является низкая степень ассоциированности молекул фуллерена [3]. Было показано, что при введении этих комплексов в раствор липосом происходит переход молекул фуллерена в липидную фазу [5, 20]. В нашем случае роль липо-фильных структур выполняют клеточные мембраны. Косвенным подтверждением того, что при культивировании клеток в присутствии комплекса С60/ПВП происходит переход молекул фуллерена в клетки, служит установленный нами факт исчезновения или, в зависимости от исходной концентрации, значительного снижения исходной концентрации фуллерена в культуральной среде. Этот феномен достаточно легко оценивается по сравнению УФ-спектров (в области 320—340 нм) самой среды, исходной среды с введенным комплексом С60/ПВП и сред после суточного и более культивирования. Возможно и связывание фуллерена с высокомолекулярными составляющими культуральной среды, что может, вероятно, объяснить неполное исчезновение фуллерена из надосадочной жидкости при культивировании клеток. Именно переход молекул фуллерена в липидный бислой может и должен приводить к потере им способности превращать при освещении обычный кислород в синглетную форму (наиболее вероятно, что вследствие низкой концентрации кислорода в липидах) и, следовательно, отсутствию оксидантного действия.
Подчеркнем еще одно важное биологическое свойство фуллерена С60, проявляемое им в комплексе с ПВП, — он не только не токсичен, но и препятствует проявлению токсического (или иного нежелательного) действия самого ПВП. Впервые это было описано в работе [37], в которой было показано, что сам ПВП ингибирует дифференцировку и пролифера-
цию клеток, однако этот эффект значительно ослабляется при применении комплекса С60/ПВП. Введение комплекса С60/ПВП в дорсальную область гиппокампа крысы предупреждает нарушения памяти, вызванные введением циклогексимида, причем именно сам ПВП и в этом случае оказывает негативное действие [32, 33]. Было также показано, что если сам ПВП (1 мл 10 % раствора в/бр, крысы) вызывает, хоть и незначительные, но видимые морфологические изменения в тканях внутренних органов (головной мозг, миокард, легкие, печень, селезенка, почки), то введение комплекса С60/ПВП (1 мл 10 % и 25 % раствора в воде) значительно снижает эти негативные явления [2].
Следовательно, биологические эффекты фулле-рена определяются как условиями биологического эксперимента (прооксидантные свойства при освещении [22, 25] и антиоксидантные свойства в отсутствии оного [см. например 10]), так и способом его растворения, а точнее степени диспергированности молекул фуллерена в среде или биологическом объекте. Трудно представить себе эффективное проникновение в биологические мембраны молекул фуллерена из отрицательно заряженных кластеров размером 20 нм и более. Однако в водорастворимых комплексах с органическими соединениями, в отличие молекулярно-коллоидного раствора или модифицированной поверхности, степенью ассоциации молекул фуллерена значительно ниже (в комплексе с у-циклодекстрином вообще мы имеем дело с «изолированными» молекулами [20], что и позволяет молекулам фуллерена, размер которых равен примерно 0,7 нм, проникать в мембраны, толщина которых составляет около 5—7 нм.
Как это ни банально, но следует повторить, что токсичность есть крайнее проявление биологической активности, приводящее к гибели биологического объекта. Следовательно, механизмы проявления токсичности данным веществом — механизмы его биологической активности. В основе биологической активности фуллеренов лежат, в первую очередь, три свойства этих молекул: липофильность, определяющая мембранотропные свойства [31], электроноде-фицитность, приводящая к способности взаимодействовать со свободными радикалами [8], и способность их возбужденного состояния передавать энергию молекуле обычного кислорода и превращать его в синг-летный кислород [6]. Именно благодаря последним двум свойствам фуллерены могут проявлять себя как оксиданты и как антиоксиданты. Показано, что введение заместителей в фуллереновый кор ослабляет эти свойства — заметно падает квантовый выход синглетного кислорода [18, 34], и снижается ско-
Состав проб Время инкубации с комплексом, сут.
3 5 6
контроль 4,00 ± 0,29 4,51 ± 0,20 3,89 ± 0,18
ПВП 3,86 ± 0,17 4,51 ± 0,23 3,91 ± 0,23
С60/ПВП 3,87 ± 0,21 4,54 ± 0,20 4,01 ± 0,17
рость взаимодействия со свободными радикалами [13]. Именно поэтому сам фуллерен С60 (pristine fullerene C60) и является, на наш взгляд, очень интересным и важным объектом для изучения биологического действия фуллеренов в частности и наноструктур углерода в целом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бочвар Д.А., Гальперн Е.Г. О гипотетических системах: карбододекаэдре, s-икозаэдране и карбо-s-икозаэдре // ДАН сСсР. — 1973. — Т. 209. — С. 610-612.
2. Зайцева О.Б., Тюнин М.А., Попов В.А., Чир-ский В.С., Сиротинкин Н.В., Успенская М.В., Пиотровский Л.Б. Морфологические изменения в тканях внутренних органов при внутрибрюшинном введении комплекса С60 с поливинилпирролидоном // Биосов-местимые наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения. — Белгород, 2006. — С. 376-380.
3. Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии. — СПб.: Росток, 2006. — 336 с.
4. Пиотровский Л.Б., Козелецкая К.Н., Медведева Н.А., Думпис М.А., Познякова Л.Н., Киселев О.И. Влияние комплексов фуллерена С60 с поливинилпирролидоном на репродукцию вирусов гриппа // Вопр. вирусологии. — 2001. — № 3. — С. 38-42.
5. Пиотровский Л.Б., Романов Р.В., Котельникова Р.А., Богданов Г.И., Котельников А.И. Мембра-нотропные свойства комплекса фуллерена С60 с поливинилпирролидоном // Фундаментальные проблемы фармакологии. — 2003. — Т. 2. — С. 84.
6. Пиотровский Л.Б. Фуллерены в биологии и медицине: проблемы и перспективы // Фундаментальные направления молекулярной медицины. — СПб.: Росток, 2005. — С. 195-268.
7. Сироткин А.К., Пиотровский Л.Б., Познякова Л.Н., Киселев О.И. Влияние комплексов фуллерена С60 с поливинилпирролидоном на морфологию вирусов гриппа // Вопр. биол., мед. и фарм. химии. — 2005. — № 3. — С. 21-24.
8. Соколов В.И. Химия фуллеренов — новых аллотропных модификаций углерода // Известия академии наук. Сер. химия. — 1999. — № 7. — C. 1211-1218.
9. Andrews M.J., Garle M.J., Clothier R.H. Reduction of the new tetrazolium dye, Alamar Blue™, in cultured rat hepatocytes and liver fractions // ATLA. — 1997. — Vol. 25. — P. 641-653.
10. Andrievsky G., Klochkov V., Derevyanchenko L. Is C60 fullerene molecule toxic? // Fullerenes, Nanotubes, Carbon Nanostruct. — 2005. — Vol. 13. — P. 363-376.
11. Bang J.J., Guerrero P.A., Lopez D.A., Murr L.E. Esquivel E.V. Carbon nanotubes and other fullerene nanocrystals in domestic propane and natural gas
combustion streams // J. Nanosci. Nanotechnol. — 2004. — Vol. 4. — P. 716-718.
12. Bass D.A., Parce J.W., Dechatelet L.R., Szejda P., Seeds M.C., Thomas M. Flow cytometric studies of oxidative product formation by neutrophils: a graded response to membrane stimulation // J. Immunol. — 1983. — Vol. 130. — P. 1910-1918.
13. Bensasson R.V., Brettreich M., Frederiksen J., Gottinger H., Hirsch A., Land E.J., Leach S., McGar-vey D.J., Schonberger H. Reactions of e-aq, CO2" HO', O2'- and O2(1Dg) with a dendro[60]fullerene and C60[C(COOH)2]n (n = 2-6) // Free Rad. Biol. Med. — 2000. — Vol. 29. — P. 26-33.
14. Clothier R., Starzec G., Pradel L., Baxter V., Jones M., Cox H., Noble L. The prediction of human skin responses by using the combined in vitro fluorescein leakage/Alamar Blue (Resazurin) assay // ATLA. — 2002. — Vol. 30. — P. 493-504.
15. Da Ros T., Prato M. Medicinal chemistry with fullerenes and fullerene derivatives // Chem. Commun. — 1999. — P. 663-669.
16. Dai L. From conventional technology to carbon nanotechnology: The fourth industrial revolution and the discoveries of C60, carbon nanotube and nanodiamond // Carbon nanotechnology. / Ed. by L. Dai. — Elsevier, 2006. — P. 3-11.
17. Fortner J.D., Lyon D., Sayes C.M., Boyd A.M., Falkner J.C., Hotze E.M., et al. C60 in water: nanocrystal formation and microbial response // Environ. Sci. Technol. — 2005. — Vol. 39. — P. 4307-4316.
18. Guldi D.M., Asmus K.-D. Activity of water-soluble fullerenes towards 'OH-radicals and molecular oxygen // Radiation Physics and Chemistry. — 1999. — Vol. 56. — P. 449-456.
19. Hirayama J., Abe H., Kamo N., Shinbo T., Ohnishi-Yamada Y., Kurosawa S., Ikebuchi K., Sekiguchi S. Photoinactivation of vesicular stomatitis virus with fullerene conjugated with methoxy polyethylene glycol amine // Biol. Pharm. Bull. — 1999. — Vol. 22. — P. 1106-1109.
20. Ikeda A., Sato T., Kitamura K., Nishiguchi K., Sasaki Y., Kikuchi J., Ogawa T., Yogo K., Takeya T. Effficient photocleavage of DNA utilising water-soluble lipid membrane-incorporated [60]fullerenes prepared using a [60]fullerene exchange method // Org. Biomol. Chem. — 2005. — Vol. 3. — P. 2907-2909.
21. Jensen A.W., Wilson S.R. Schuster D.I., Biological applications of fullerenes // Bioorg. Med Chem. — 1996. — Vol. 4. — P. 767-779.
22. Kasermann F., Kempf C. Photodynamic inactivation of enveloped viruses by buckminsterfullerene // Antiviral Res. — 1997. — Vol. 34. — P. 65-70.
23. Kroto H.W., Heath S., O'Brien S.C., Curl R.F., Smalley R.E. C60: Buckminsterfullerene // Nature. — 1985. — Vol. 318. — P. 162-163.
24. Lautraite S., Bigot-Lasserre D., Bars R., Carmichael N. Optimisation of cell-based assays for medium throughput screening of oxidative stress // Toxicol. In vitro. — 2003. — Vol. 17. — P. 207-220.
1553
1554
25. Lin Y.-L., Lei H.-Y., Luh T.-Y., Chou C.-K., Liu H.-S. Light-independent inactivation of dengue-2 virus by carboxyfullerene C3 isomer // Virology. — 2000. — Vol. 275. — P. 258-262.
26. Murr L.E., Soto K.F. A TEM study of soot, carbon nanotubes, and related fullerene nanopolyhedra in common fuel-gas combustion sources // Mater. Characteriz. — 2005. — Vol. 55. — P. 50-65.
27. Oberdörster E. Manufactured nanomaterials (fullerenes, C60) induce oxidative stress in the brain of juvenile largemouth bass // Environ. I Health Perspect. — 2004. — Vol. 112. — P. 1058-1062.
28. Oberdörster E., Zhu S., Blickley T.M., McClellan-Green P., Haasch M.L. Ecotoxicology of carbon-based engineered nanoparticles: effects of fullerene (C60) on aquatic organisms // Carbon. — 2006. — Vol. 44. — P. 1112-1120.
29. Osawa E. Superaromaticity // Kogaku (Kyoto). — 1970. — Vol. 25. — P. 854-863.
30. Piotrovsky L.B. Biological activity of pristine fullerene C60// Carbon nanotechnology. / Ed. by L. Dai. — Elsevier, 2006. — P. 235-253.
31. Piotrovsky L.B., Kiselev O.I. Fullerenes and viruses // Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. — 2004. — Vol. 12. — P. 397-403.
32. Podol'skii I.Ya., Kondrat'eva E.V., Shcheglov I.V., Dumpis M.A., Piotrovsky L.B., Fullerene C60 complexed with poly(N-vinylpyrrolidone) prevents the disturbance of long-term memory consolidation // Phys. Solid States. — 2002. — Vol. 44. — P. 552-554.
33. Podolski I.Ya., Kondratjeva E.V., Gurin S.S., Dumpis M.A., Piotrovsky L.B. Fullerene C60 complexed with poly(N-vinylpyrrolidone) prevents the disturbance of long-term memory consolidation induced by cycloheximide // Fullerenes, nanotubes, and carbon nanostructures. — 2004. — Vol. 12. — P. 421-424.
34. Prat F., Stackow R., Bernstein R., Quian W., Rubin Y.,
Foote C.S. Triplet-state properties and singlet oxygen generation in a homologous series of functionslized fullerene derivatives // J. Phys. Chem. — 1999. — Vol. 103. — P. 7230-7235.
35. Sayes C.M., Fortner J.D., Guo W., Lyon D., Boyd A.M., Ausman K.D., Tao Y.J., Sitharaman B., Wilson L.J., Hughes J.P., West J.L., Colvin V.L. The differential cytotoxicity of water-soluble fullerenes // Nano Lett. — 2004. — Vol. 4. — P. 1881-1887.
36. Shibuya M., Kato M., Ozawa M., Fang P.H., Osawa E., Detection of buckminsterfullerene in usual soot and commercial charcoals // Full. Sci. Technol. — 1999. — Vol. 7. — P. 181-193.
37. Tsuchiya T., Oguri I., Yamakoshi Y.N., Miyata N. Novel harmful effects of [60]fullerene on mouse embryos in vitro and in vivo // FEBS Letters. — 1996. — Vol. 393. — P. 139-145.
38. Yamakoshi Y.N., Yagami T., Sueyoshi S., Miyata N. Acridine adduct of [60]fullerene with enhanced DNA-cleaving activity // J. Org. Chem. — 1996. — Vol. 61. — P. 7236-7237.
39. Yamakoshi Y., Umezawa N., Ryu A., et al. Active oxygen species generated from photoexcited fullerene (C60) as potential medicines: O2^- versus 1O2 // J. Amer. Chem. Soc. — 2003. — Vol. 125. — P. 12803-12809.
Piotrovsky L.B.1, Eropkin M.Yu.2, Eropkina E.M.2, Dumpis M.A.1, Kiselev O.I.2 Mechanisms of biologic action of fullerenes — dependence on aggregate state // Psychopharmacol. Biol. Narcol. — 2007 — Vol. 7, N 2. — P. 1548-1554.
1 Institute of Experimental Medicine; 12 acad. Pavlov str., Saint-Petersburg, 197376, Russia; 2 Institute of the Influenza RAMS, Saint-Petersburg, Russia.
Summary: The red-ox properties of various fullerene preparations were investigated in model and biological experiments. The problem of fullerene toxicity was discussed.
Key words: fullerene; cell cultures; antioxidant; oxidant; toxicity
электронная копия статьи — http://www.elibrary.ru, © Архив (стоимость коммерческого доступа в режиме full text — 55 руб./год)
