Останні десятиріччя у науковому світі минають під знаком дедалі більшого інтересу до використання нанотехнологій і тих можливостей, що вони відкривають в галузях науки, інженерії та біомедицини. Нанокристали мають унікальні фізичні властивості порівняно з об’ємними аналогами, а також завдяки їх малим розмірам (від 1 до 100 нанометрів, нанометр — це мільярдна частина метра) можуть без перешкод потрапляти всередину живих клітин і навіть в окремі клітинні органели. Це дає змогу успішно використовувати нанокристали як носії для лікарських засобів, що значно полегшує їх напрямлену доставку в окремі клітини та має великі перспективи, зокрема при хіміотерапії онкологічних новоутворень. Ще цікавіші нанокристали, які можуть не лише бути пасивними агентами для таргетної доставки ліків, а й брати активну участь у біологічних процесах всередині живої клітини. Такі нанокристали активно розробляють і досліджують в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України у відділі наноструктурних матеріалів ім. Ю.В. Малюкіна, названого на честь його засновника, видатного науковця в галузі фізики наноматеріалів, члена-кореспондента НАН України Юрія Малюкіна. На жаль, професор Малюкін передчасно пішов із життя торік, але його ідеї розвивають учні та послідовники.
Нині у відділі наноструктурних матеріалів працює молодіжна наукова група, яка вирішила у дослідженнях звернути увагу на новий і цікавий напрям у галузі нанобіоматеріалознавства, а саме на новий тип біологічно активних нанокристалів, які в науковій та популярній літературі отримали назву наноензими, або наноферменти. Ця трохи незвична назва свідчить про те, що ці нанокристали мають властивості, подібні до ферментів — біологічних молекул, які контролюють швидкість біохімічних процесів у клітині.
Перші біологічні дослідження таких нанокристалів з’явилися лише близько десяти років тому і відразу спричинили надзвичайний сплеск інтересу до цих матеріалів, адже виявилося, що деякі з них мають справді унікальні властивості, такі як багаторазове подовження часу життя клітин у культурі або тривалий захист живих клітин від рентгенівського опромінення.
Науковці встановили, що властивості цих нанокристалів визначаються передовсім їх надзвичайно сильною антиоксидантною активністю. Відомо, що в живих клітинах постійно формуються так звані активні форми кисню, які завдяки надзвичайно високій окиснювальній здатності можуть пошкоджувати різні складові живої клітини, отже чинити негативний вплив на організм загалом. З віком ці пошкодження накопичуються, і багато вчених вважають це накопичення структурних змін в організмі людини однією із ключових причин старіння.
Тобто ефективне регулювання рівня активних форм кисню в живій клітині може бути одним із чинників, що дасть змогу запобігти появі багатьох хвороб та навіть відстрочити старіння. Конт-роль за рівнем активних форм кисню у живій клітині можуть здійснювати молекули ферментів, або, як виявилося, деякі нанокристали. Одні з найбільш досліджуваних типів нанокристалів з ферментоподібною антиоксидантною активністю — нанокристали оксиду церію.
У відділі наноструктурних матеріалів активно досліджують біологічну активність неорганічних нанокристалів різних типів. Дослідження, які провела біологічна група відділу, підтвердили здатність нанокристалів забезпечувати сповільнення процесів старіння у щурів, що регулярно вживали разом з їжею досліджувані наночастинки.
Наукова група, сформована з молодих науковців відділу наноструктурних матеріалів, поставила собі за мету детальніше встановити фізичні та фізико-хімічні засади біологічної активності нанокристалів оксиду церію. Керівник молодіжної наукової групи Владислав Семінько — доктор наук, який 2020 року захистив докторську дисертацію, присвячену фізичним механізмам виникнення антиоксидантної активності цих нанокристалів. Результати, отримані при виконанні цієї дисертаційної роботи, дали змогу не лише детально розібратися у процесах взаємодії нанокристалів оксиду церію з активними формами кисню, а й запропонувати шляхи керування антиоксидантною активністю нанокристалів.
Ці роботи знайшли продовження у нових дослідженнях молодіжної групи, які проводяться у межах виконання гранту НАН України дослідницьким лабораторіям / групам молодих вчених НАН України на 2020—2021 роки. Ці дослідження присвячено встановленню істотно різної ролі, яку нанокристали оксиду церію можуть відігравати у здорових та ракових клітинах.
Біологічні результати свідчать про те, що нанокристали оксиду церію демонструють у ракових клітинах не антиоксидантну, а навпаки, прооксидантну активність, сприяючи знищенню цих клітин. Цей парадоксальний, на перший погляд, ефект може бути пов’язаний з тим, що сере-довище в ракових клітинах має нижче значення pH, тобто кисліше, ніж у нормальних клітинах, а тип редокс-активності нанокристалів оксиду церію істотно залежить саме від pH середовища. Попередні результати досліджень, які отримала молодіжна наукова група, дали змогу не лише підтвердити цю гіпотезу, а й встановити конкретні механізми реалізації прооксидантної активності нанокристалів у середовищах з різною кислотністю.
Дослідження, які проводить молода команда з відділу наноструктурних матеріалів, відомі в Україні й за її межами. Результати досліджень групи обговорювали на найпрестижніших міжнародних конференціях, на сьогодні вони мають широке визнання серед фізиків, хіміків, медиків. На основі публікацій учасників молодіжної групи д.ф.-м.н. Владислава Семінька, к.ф.-м.н. Павла Максимчука та к.ф.-м.н. Катерини Губенко було сформовано і подано до Комітету Верховної Ради України з питань освіти, науки та інновацій цикл робіт, що претендує на отримання Премії Верховної Ради України молодим ученим за 2020 рік, а керівник наукової групи Владислав Семінько претендує на здобуття іменної стипендії Верховної Ради України для молодих учених — докторів наук у 2022 році.
Хоч члени молодіжної групи вже мають значний доробок, якому можуть позаздрити деякі досвідчені науковці, вони жодним чином не збираються зупинятися на науковому шляху і планують у подальшому досягати реалізації своїх ідей у межах нових наукових проєктів. Побажаємо їм успіху на цьому шляху.