29 May 2023, 22:00 Анна Дегтярь

Ученые сделали «наноглинистые» сорбенты безопаснее для медицины

Пористые алюмосиликаты — это материалы, способные поглощать бактерии, вирусы, аллергены, тяжелые металлы, и таким образом способствовать очищению организма человека. Однако природные алюмосиликаты могут быть токсичны для клеток, и поэтому их использование в медицине ограничено. Химики научились управлять свойствами искусственных слоистых силикатов («наноглин»), изготавливая их с использованием природоподобных технологий — так удалось уменьшить токсичность материалов за счет снижения содержания алюминия и времени синтеза.

Ученые сделали «наноглинистые» сорбенты безопаснее для медицины
Source: Ольга Голубева

Алюмосиликаты широко распространены в природе, например, в виде глинистых минералов. Примером таких веществ является монтмориллонит — это пористый материал, который способен изменять величину расстояния между своими слоями и за счет этого поглощать как органические, так и неорганические соединения. В результате монтмориллонит может использоваться для выведения аллергенов, бактерий и вирусов из организма, для очищения крови и желудочно-кишечного тракта от вредных веществ. Однако наличие токсичности у природных минералов, связанное прежде всего с присутствием примесей и неконтролируемым химическим составом, значительно ограничивает возможности их применения в медицине. Поэтому вместо них активно синтезируются искусственные аналоги, токсичность которых потенциально может быть снижена.

Ученые из Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова РАН (Санкт-Петербург) решили выяснить, как именно возникает токсичность у синтетического монтмориллонита с различным содержанием оксида алюминия (Al2O3) — от 0 до 22%. Авторы синтезировали образцы в гидротермальных условиях, то есть в водных растворах при высоких температурах и давлении. Материалы имели морфологию нанослоев, самоорганизующихся в более крупные агрегаты с образованием пористых структур — наногубок. Авторы исследовали, как содержание алюминия, размеры частиц, пористость и заряд поверхности образцов влияют на их свойства.

Тесты показали, что синтетические «наноглины» обладали всеми преимуществами природных глин, а именно — активно поглощали вещества и влагу. При этом удельная поверхность синтетических «наноглин» варьировалась от 106 до 320 м2/г, что в 2-6 раз больше, чем у природных материалов. Также авторы оценили воздействие алюмосиликатов на эритроциты и эндотелиальные клетки, которые выстилают внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, — так можно выяснить, насколько «наноглины» применимы для очистки крови. Если клетки в большом количестве будут повреждаться и попадать в кровоток, это чревато закупоркой почечных канальцев высвободившимся гемоглобином и почечной недостаточностью, что может быть летально, особенно для пациентов в тяжелом состоянии. Оказалось, что, чем выше была доля алюминия в образцах, тем больше клеток погибало. Однако механизмы токсического действия алюмосиликатов на клетки еще предстоит изучить.

Затем ученые предположили, что токсичность алюмосиликатов возможно снизить, если изменить условия и время синтеза. Так, авторы дополнительно прокалили материалы при более высоких температурах, однако их токсичность не изменилась. Затем исследователи увеличили время синтеза с двух до десяти дней: гемолитическая активность и общая токсичность таких образцов значительно повысилась. Таким образом, ученые установили, что токсичность алюмосиликатных наночастиц можно значительно снизить при правильном подборе условий их синтеза и химического состава, что позволяет использовать их в медицине.

«В настоящей работе мы показали, что искусственные «наноглины» могут использоваться в медицине вместо природных, в частности, для получения перевязочных материалов, для раневой и ожоговой хирургии, в качестве носителей лекарственных препаратов. В дальнейшем мы планируем подобрать оптимальные сочетания алюмосиликатов, обладающих наибольшей сорбционной способностью и безопасных для клеток, сформировать из них гранулы и провести испытания с последующей разработкой гемоколонок для очистки крови», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Голубева, доктор химических наук, заведующий лабораторией силикатных сорбентов ИХС РАН.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article publications

Read also

Белок молочной сыворотки повысит эффективность микрогелей в урологии
С его помощью микрогели с лекарством могут дольше удерживаться внутри мочевого пузыря, что продлит терапевтический эффект от одной процедуры их введения в полость органа
Materials Science
Medicine
New techniques
Pharmacology
19 July 2023
Ученые улучшили фосфатную керамику для замещения костной ткани
Добавка стронция позволила повысить приживаемость имплантатов, что поможет избавить пациента от дополнительных операций и затрат
Materials Science
Medicine
10 February 2023
Медная добавка сделала "умные" материалы для имплантатов эластичнее
Это значит, что на их основе можно будет создавать более сложные формы и даже подправлять их прямо во время операции
"Smart" materials
Materials Science
Medicine
20 January 2023
Синтетические алюмосиликаты стали основой сорбентов для очистки крови
Они оказались до 12 раз эффективнее другого популярного сорбента - активированного угля - в поглощении белковых токсинов, но при этом не повреждают клетки крови
Chemical Engineering
Materials Science
Medicine
8 November 2022
Полимерные микрогели станут основой для жидких антисептиков и антибактериальных покрытий
Разработка позволит очищать воду как от патогенов, так и от самих антисептиков, а еще создавать новые обеззараживающие средства и покрытия для медицинского оборудования.
Materials Science
Medicine
Polymer Chemistry
27 April 2022
Ученые придумали, как улучшить свойства керамических имплантатов
Полученные материалы продемонстрировали хорошую биосовместимость, отсутствие токсичности, способность стимулировать процессы регенерации костной ткани и подавлять рост болезнетворных микроорганизмов.
Materials Science
Medicine
29 March 2022