Фуллерены рассматриваются учеными как перспективные агенты в наномедицине, однако еще очень мало известно об их взаимодействии с биологическими структурами, входящими в состав клеток. В частности, важно знать закономерности взаимодействия фуллеренов с мембраной клетки. В работе, опубликованной в журнале Nanotechnology, ученые с помощью компьютерного моделирования описали взаимодействия производных фуллерена С60 с двойным липидным слоем клеточной мембраны.

Работа была выполнена учеными Биохимического факультета Оксфордского Университета (University of Oxford, Великобритания). Исследовательский подход заключался в сравнении термодинамических возможностей проникновения модифицированных молекул фуллерена сквозь билипидный слой и выявлении оптимальной степени модификации С60 для преодоления мембранного барьера. Для упрощения построений каждые 3 или 4 атома объединялись в одну условную частицу.

В некоторых экспериментальных работах, выполненных на сегодняшний день, уже подтверждена способность фуллеренов проникать в клетку, преодолевая преграду ее мембраны. В настоящей работе были изучены многочисленные варианты модификации бакибола С60: от простого С60 и до С60(ОН)20 – формы, в которой каждый третий атом углерода связан с гидрофильной (ОН)-группой.

Как и ожидалось, изменение степени модификации бакибола приводило к заметным различиям его сродства с мембраной. Простой фуллерен С60 хорошо связывался с гидрофобным участком в середине мембранного слоя и молекула «застревала» в мембране, а C60(OH)20, напротив, не мог проникнуть через нее, и гидрофильная молекула оставалась в водном растворе, окружающем клетку. Среди молекул с промежуточной степенью гидрофильной модификации наибольший интерес вызвала молекула C60(OH)10: ее свойства позволяют проходить через гидрофобный слой и входить внутрь клетки.

На рисунке показано положение не модифицированного фуллерена С60 в мембране (слева) и его гидрофилизированного производного (справа).

Используя такую чувствительность фуллерена, можно химически регулировать его сродство к различным участкам клетки и осуществлять направленную доставку лекарств в соответствии с биохимическими задачами терапии.

Подобное исследование ранее было проведено и в отношении нанотрубок (оно также было опубликовано в Nanotechnology). Теперь можно говорить о значительном вкладе возможностей компьютерного моделирования в изучение взаимодействия наноструктур и биологических объектов. Дальнейшее всестороннее изучение таких взаимодействий позволит создать научную базу в наномедицине.

Мария Костюкова