В организме человека постоянно образуются свободные радикалы — агрессивные молекулы, которые в малых количествах полезны, но при избытке повреждают здоровые клетки, ускоряют старение и ведут к сердечно-сосудистым заболеваниям, диабету и воспалениям. Для борьбы с ними сегодня используют антиоксиданты — например, витамины C и E. Однако большинство таких средств наиболее эффективны в высоких концентрациях, что при длительном приеме может навредить организму. Ученые Пермского Политеха исследовали новые гибридные соединения из природных фрагментов — фенола и пирувата. Они оказались более универсальными, то есть способными работать в разных средах организма, а при малых дозах их эффективность на 14% превзошла показатели коммерческого антиоксиданта.
Статья опубликована в сборнике трудов конференции «Материалы международной научно-практической конференции им. Д.И. Менделеева».
В теле человека в ходе обычных физиологических процессов образуются так называемые свободные радикалы — «агрессивные» молекулы, которые выполняют различные необходимые организму функции. Например, иммунные клетки вырабатывают их при попадании в организм болезнетворных бактерий, чтобы направить на возбудителей инфекции и уничтожить их. Свободные радикалы также участвуют в регулировании кровяного давления, запускают процессы восстановления тканей после повреждений и участвуют в энергетическом обмене.
Однако они должны образовываться в небольших и контролируемых количествах и в определенном месте. Когда же их становится слишком много, развивается окислительный стресс, при котором свободные радикалы повреждают важные биологические молекулы в организме — липиды клеточных мембран, белки, нуклеиновые кислоты. Это приводит к тому, что человек становится более уязвим для вирусных инфекций, у него прогрессируют воспалительные процессы, обостряются сердечно-сосудистые заболевания, диабет, а также в целом ускоряются процессы старения организма.
Для поддержания сбалансированного образования свободных радикалов организм использует антиоксидантную систему защиты, то есть в простых случаях он может справиться самостоятельно. Однако существует множество внешних факторов, способных усилить окислительный стресс: например, плохая экология, некачественное питание или хронический стресс. Они способны привести к образованию такого количества «агрессивных» молекул, с которым организм уже не может справиться сам.
Сейчас для решения этой проблемы используют экзогенные антиоксиданты, которые поступают извне в виде лекарств или в составе пищевых добавок (например, витамины C и E). Однако они действуют выборочно: одни работают только в водной среде клеток, а другие — в жировых прослойках мембран. Это значит, что для полноценной защиты организму требуется сразу несколько разных веществ.
Другая проблема в том, что большинство антиоксидантов при низких концентрациях теряют свою эффективность, поэтому их часто приходится использовать в более высоких дозах. Это, в свою очередь, может привести к их переизбытку и навредить организму при длительном приеме. Именно поэтому сегодня сохраняется актуальность поиска новых защитных веществ.
Ученые Пермского Политеха исследовали новые гибридные соединения, молекулы которых состоят из антиоксидантных фрагментов — фенольного и пируватного. При малых концентрациях они показали более высокую активность и сработали на 14% лучше по сравнению с коммерческими препаратами.
Для создания молекул исследователи взяли два фрагмента, которые сами по себе в качестве готовых антиоксидантов не используются, но их способность защищать клетки хорошо известна. Они соединили пируват (его модифицированную форму) и фенол, при этом добавив к некоторым гидроксильным группам также метил.
— отметила Анастасия Климова, студентка кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.В итоге получили два типа гибридных соединений: относительно гидрофильные молекулы, которые неплохо растворяются в воде, и их более липофильные, то есть более растворимые в жирах аналоги. Их эффективность мы измеряли с помощью стандартных лабораторных тестов in vitro (в пробирке). И те, и другие показали антиоксидантную активность — то есть способность связывать и обезвреживать радикальные частицы. При этом можно предположить, что жирорастворимые аналоги в организме могут работать как в водной, так и в жировой среде, что делает их более универсальными по сравнению с обычными антиоксидантами,
Для сравнения исследователи использовали тролокс — популярный антиоксидант, который сегодня используется как общепринятый стандарт при оценке антиоксидантной активности. Гибридные соединения, в которых объединили фенол и пируват, при малых концентрациях сработали на 14% лучше него. Это означает, что для достижения хорошего результата требуется меньше вещества, чем при использовании традиционного антиоксиданта.
По словам доцента кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Ольги Красных, при попадании в живой организм эти молекулы будут претерпевать трансформацию: введенные метильные группы (небольшие углеродно-водородные фрагменты) будут отщепляться под действием ферментов, следовательно, липофильность соединений будет снижаться и повышаться растворимость в воде.
Такая молекула антиоксиданта сможет работать как в водной среде, например, в плазме крови, так и в липидной — на мембранах клеток. Следующим этапом станет исследование антиоксидантных свойств наиболее эффективных соединений в тестах на клетках крови и in vivo.
Исследование открывает путь к созданию новых лекарств против болезней, связанных с окислительным стрессом. На основе таких гибридных молекул можно разрабатывать новые препараты для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний и хронических воспалений.
Опубликованный материал предоставлен Пермским Политехом.