Найперше завдання науки — сприяти поліпшенню життя людини у всіх аспектах. Передовсім це стосується здоров’я — подолання тяжких захворювань, подовження життя та підвищення його якості. Це непросте завдання, але дуже шляхетне.
Останніми роками, коли йдеться про проблеми лікування окремих захворювань, найчастіше онкологічних, можна почути термін «тераностика». Ідеться про цілком новий підхід, коли в одному лікарському засобі поєднано терапевтичну та діагностичну складові. Надзвичайно важлива роль у створенні нових тераностичних лікарських засобів належить наноматеріалам, тобто матеріалам з розмірами від 1 до 100 нм (1 нм = 10-9 м). Через їх застосування у біомедичній галузі навіть з’явився термін «наномедицина». Прогрес у нанотехнологіях, що спостерігаємо у світі, забезпечує стрімкий розвиток цієї галузі й дає змогу розглядати тераностику не як невідоме майбутнє, а як сьогодення.
В Україні, попри проблеми з фінансуванням науки, існують наукові колективи, здатні працювати на високому рівні в галузі створення наноматеріалів для тераностики. Наприклад, у Харкові в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України існує та плідно працює відділ наноструктурних матеріалів, якому присвоєно почесне ім’я його засновника професора Ю.В. Малюкіна. Треба віддати належне цій людині, Ученому з великої літери, який ще до початку широкого попиту на дослідження та використання наноматеріалів усвідомив перспективність їх застосування саме в біомедичній галузі. Професор Малюкін, який, на жаль, передчасно пішов із життя, створив в інституті унікальний науковий колектив, що поєднує висококваліфікованих спеціалістів у галузях фізики, хімії та біології.
Нині відділом керує його учениця — доктор фізико-математичних наук професор Світлана Єфімова, все наукове життя якої пов’язано зі створенням та дослідженням наноматеріалів біомедичного призначення. У відділі синтезують та досліджують широке коло багатофункціональних наноматеріалів, перспективних для застосування у наномедицині та тераностиці.
По-перше, ці наноматеріали люмінесцентні, тобто вони можуть інтенсивно випромінювати світло під дією лазера чи іншого джерела. Це дає змогу розглядати їх як діагностичний засіб, здатний візуалізувати біологічні об’єкти, наприклад, пухлину.
По-друге, їх можна використати як наноконтейнери, які можуть доставити лікарський засіб всередину клітини.
Наприклад, у світі активно використовують як наноконтейнери ліпосоми — крапельки рідини нанометрового розміру, оточені ліпідними мембранами. Мембрану ліпосом зазвичай формують з ліпідів, які входять до складу мембран клітин, тому ліпосоми досить ефективно взаємодіють з клітинами і можуть доставляти до них різні речовини, зокрема ліки, які вводять у рідину чи ліпідний шар. Саме так було створено РНК-вакцини від COVID-19 компаніями Pfizer та Moderna.
Але простежити за безпосередньою взаємодією ліпосом із клітиною та виведенням із ліпосом ліків — непросте завдання. Його розв’язала група професора Єфімової на сучасному світовому рівні. Було запропоновано методику мічення ліпосом люмінесцентними барвниками, яка дала змогу спільно з фахівцями з Інституту експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р.Є. Кавецького НАН України спостерігати взаємодію ліпосом з окремими клітинами раку молочної залози у динаміці, тобто в реальному часі, й виявити важливі закономірності.
А чи можуть наноматеріали, крім функції наноконтейнера та діагностичного агента, виконувати ще й функцію лікарського засобу? Виявляється, так. Ідеться про неорганічні наночастинки оксидів рідкісноземельних елементів, які також синтезують та досліджують у відділі наноструктурних матеріалів.
Згідно із сучасними уявленнями, розвиток багатьох захворювань, серед яких онкологічні, а також старіння організму, спричинено утворенням великої кількості так званих активних форм кисню — невеликих молекул з винятковою реакційною здатністю. Ці молекули пошкоджують клітинні мембрани, руйнують ДНК, що призводить до загибелі клітин, а на рівні організму — виникнення захворювань.
Цікаво, що у невеликій кількості активні форми кисню необхідні для функціонування організму, оскільки керують багатьма процесами, такими як ріст клітин, синтез різних біологічних сполук, контроль артеріального тиску та багато інших. Рівень активних форм кисню контролює спеціальна захисна система клини, але через різні чинники, зазвичай негативні, вона може дати збій. Тому до терапії захворювань належить вживання антиоксидантів, наприклад, аскорбінової кислоти, вітаміну Е та інших, які можуть знизити рівень активних форм кисню в організмі. Але ці органічні антиоксиданти не позбавлені недоліків.
Останнім часом як антиоксиданти пропонують використовувати деякі наночастинки, наприклад, наночастинки діоксиду церію, механізми дії якого теж досліджують у відділі. Нещодавно група професора Єфімової встановила, що наночастинки ортованадатів рідкісноземельних елементів, крім функції діагностичного агента, завдяки люмінесцентним властивостям та здатності бути наноконтейнером можуть впливати на рівень активних форм кисню. Було констатовано, що їм одночасно притаманні як про-, так й антиоксиданті властивості, тобто здатність генерувати або знищувати активні форми кисню.
Здатність генерувати активні форми кисню — не завжди негативне явище. Його можна використати для керованого знищення небажаних клітин, наприклад, ракових. Було розроблено способи керування про- або антиоксидантною активністю, що дає змогу дослідникові (а в майбутньому й лікареві) залежно від завдань надавати наночастинкам потрібних властивостей. Дослідження в цьому напрямі піонерське, і харківські науковці — безумовні лідери в ньому.
Розроблені унікальні наноматеріали тестують у самому відділі й у провідних наукових центрах біомедичного профілю на різних рівнях — від модельних систем та клітин до експериментальних тварин. Спільно з колегами з Інституту проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, Інституту медичної радіології та онкології імені С.П. Григор’єва НАН України, Інституту проблем ендокринної патології імені В.Я. Данилевського та Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна було отримано унікальні результати протипухлинної й радіопротекторної дії наноматеріалів та їхнього позитивного впливу на репродуктивну функцію. Експерименти, які виконували впродовж кількох років, показали, що ці наноматеріали здатні уповільнювати процеси старіння, продовжуючи тривалість активного життя експериментальних тварин. Ці дуже цікаві властивості наноматеріалів пов’язані саме з їх здатністю впливати на рівень активних форм кисню у клітинах.
Приємно, що відділ наноструктурних матеріалів — не тільки активний і амбітний, а й молодий колектив. У його складі вісім лауреатів премії Президента України для молодих учених, чотири лауреати премії Верховної Ради України найталановитішим молодим ученим в галузі фундаментальних і прикладних досліджень та науково-технічних розробок.
Спостерігаєш за зростанням цього наукового колективу та професора Світлани Єфімової, і негативні думки про стан розвитку української науки відходять на задній план, а спілкуючись із ними, заряджаєшся позитивом, оптимізмом та вірою, що шлях до вічної молодості й активного творчого життя вже знайдено.
Борис ГРИНЬОВ,
академік НАН України,
для «Урядового кур’єра»