Как бакминстерфуллерены повреждают клетки

Новое исследование потенциальной опасности наночастиц C₆₀ («бакиболлов») для здоровья показало, что эти молекулы легко проникают в клетки животных. Это может объяснить их токсичность для человека и других организмов.

С помощью компьютерного моделирования биохимик Питер Тилеман и его коллеги из Университета Калгари изучили взаимодействие молекул углерода-60 с клеточными мембранами. Оказалось, что частицы способны проникать в клетки, просачиваясь через мембраны, не вызывая при этом механических повреждений. Результаты опубликованы в онлайн-версии журнала Nature Nanotechnology.

«Бакминстерфуллерены уже производятся в промышленных масштабах для покрытий и материалов, но их токсичность до конца не определена, — говорит Тилеман. — Есть исследования, показывающие, что они могут преодолевать гемато-энцефалический барьер и изменять функции клеток, что вызывает много вопросов об их токсичности и возможном воздействии на окружающую среду».

Команда использовала вычислительные ресурсы WestGrid для моделирования поведения клеток. Модель показала, что частицы C₆₀ могут растворяться в клеточных мембранах, проникать в клетки и заново формировать частицы с внутренней стороны, где они способны наносить ущерб.

Сферические молекулы углерода-60 были открыты в 1985 году, что принесло Нобелевскую премию по физике исследователям из Университета Сассекса и Университета Райса. Молекулы назвали в честь архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера.

Бакминстерфуллерены естественным образом образуются в ничтожных количествах при экстремальных условиях (например, ударах молнии). Их также можно производить искусственно в виде сфер или продолговатых шаров (фуллерены), а также использовать для создания полых волокон — углеродных нанотрубок. Оба материала считаются перспективными в нанотехнологиях благодаря своей прочности и термостойкости. Потенциальные области применения включают промышленные материалы, системы доставки лекарств, топливные элементы и даже косметику.

В последние годы многие исследования сосредоточены на возможном воздействии фуллеренов и нанотрубок на здоровье и окружающую среду. Было показано, что фуллерены вызывают повреждение мозга у рыб, а вдыхание углеродных нанотрубок приводит к повреждению лёгких, аналогичному асбестовому.

«Бакминстерфуллерены часто образуют скопления, которые легко могут вдыхаться человеком в виде пыли, — отмечает Тилеман. — То, как они проникают в клетки и причиняют вред, до сих плохо изучено, но наша модель показывает возможный механизм этого процесса».

Источник: Университет Калгари