С60 антивозрастной антиоксидант

Журнал о здоровье Alternatif bien-être опубликовал в номере 148 за январь 2019 года прекрасную статью о пользе углерода 60.

Мы приглашаем вас подписаться на этот журнал о здоровье, чтобы узнать о последних исследованиях, полезных для вашего благополучия. Журнал любезно разрешил нам воспроизвести статью.

ALTERNATIF BIEN-ÊTRE

Оглавление

• Ученые забивают гол
• Губка для свободных радикалов
• С60 увеличивает продолжительность жизни животных
• С60 душит рак
• Противомикробные свойства C60
• C60 для здоровых костей и суставов
• C60 против старения кожи
• Можем ли мы воспользоваться преимуществами углерода 60?
• Ссылки и научные исследования

C60 (60 углеродов): антиоксидант, который продлевает жизнь.

Антиоксидант, противораковый, противовирусный, антибактериальный: этими свойствами обладает не чудодейственный препарат из фармацевтических лабораторий, а форма чистого углерода, такая как графит или алмаз, открытая относительно недавно. Углерод 60 открывает беспрецедентные перспективы в области медицины.

Гарри Крото, специалист по органической химии из Университета Сассекса в Великобритании, пристально смотрит в межзвездное пространство. Что является объектом его внимания? Длинная молекула, состоящая из атомов углерода, похожая на змею. Он убежден: структура такого типа могла родиться только в богатой углеродом атмосфере красных гигантов - звезд, достигших конца своей жизни.

Но он изо всех сил пытается разделить свой энтузиазм, чтобы узнать больше об этом странном соединении: что может быть банальнее углерода, этого распространенного химического элемента на Земле и во Вселенной? Через некоторое время после своего наблюдения, в 1984 году, он совершает встречу, которая окажется решающей: во время научного конгресса он пересекается с американцем Робертом Керлом, с которым подружился. Затем тот знакомит его с Ричардом Смолли, одним из своих коллег по Университету Райса в Хьюстоне, штат Техас, где он работает. Во время посещения мужской лаборатории Гарри Крото обнаруживает разработанный Ричардом Смолли сложнейший прибор AP2, позволяющий чрезвычайно точно изучать вещество. У химика есть только одно желание: использовать его для проведения экспериментов с углеродом и понять, как могла образоваться молекула змеи. Однако ему приходится запасаться терпением: его американские коллеги, занятые своими проектами, не могут напрямую обратиться с его просьбой.

Но звездный час наконец настал в сентябре 1985 года. Трое мужчин собираются вокруг AP2 и вводят углерод в виде графита, который вскоре испаряется мощной лазерной установкой. В течение нескольких дней ученые экспериментируют и получают два заметных результата. Сначала им удается воссоздать молекулу змеи, которую Гарри наблюдал в космосе; но их внимание привлекает другой элемент: обильное присутствие чистой молекулы углерода, состоящей из 60 атомов, которая никогда не была описана ранее.

УЧЕНЫЕ НАМЕЧАЮТ ЦЕЛЬ

Затем ученые взялись за трудную задачу: попытаться определить структуру этой молекулы. Используя бумагу, ножницы и скотч, Смолли в конце концов разработал модель, которая идеально описывает их открытие: многоугольник с 60 вершинами и 32 гранями, 12 из которых - пятиугольники, а 20 - шестиугольники, идеально напоминающий... футбольный мяч! Только что открытый углерод 60 - или сокращенно С60 - вскоре получил прозвище "футбольный мяч" (buckyball по-английски).

Благодаря этой работе трое мужчин открыли первого представителя большого семейства химических соединений, фуллеренов, состоящих только из переменного числа атомов углерода, сферической формы, таких как C60, кольцо, эллипс или трубка, что принесет им Нобелевскую премию по химии в 1996 году. Эти соединения, столь необычные по структуре и обладающие проводящими и смазывающими свойствами, представляют собой интересные наноматериалы, используемые для многих применений, в частности, в электронике. Но не только: они также обладают значительным терапевтическим потенциалом, который привлекает внимание исследователей во всем мире.

ГУБКА ДЛЯ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ

Польза этой молекулы для здоровья связана, в частности, с одной особенностью C60: она способна связываться с электронами, нейтрализуя опасные свободные радикалы, постоянно образующиеся в нашем организме, такие как супероксид-ион или гидроксильный радикал. Если в умеренных количествах они участвуют в нормальном функционировании наших клеток, то их избыток может пагубно сказаться на нашем здоровье. Эти химические виды действительно очень реактивны - они имеют один или несколько свободных электронов, которые стремятся связаться с другими электронами - и они повреждают компоненты организма, такие как белки, липиды или ДНК.

Этот окислительный стресс способствует явлению старения, а также развитию различных заболеваний, таких как рак, нейродегенеративные и сердечно-сосудистые заболевания или остеоартрит. Антиоксидантные способности углерода 60 чрезвычайно мощные, в несколько сотен раз превышающие витамины С и Е или каротиноиды.

Однако у футболина есть большой недостаток: он не растворяется в воде. Чтобы он легче усваивался организмом, ученые разработали множество производных, присоединяя к основной молекуле одну или несколько химических групп, например, фуллеренолы или карбоксифуллерены, которые сохраняют антиоксидантную способность исходной молекулы.

С60 УВЕЛИЧИВАЕТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ ЖИВОТНЫХ

То, как организм реагирует на окислительный стресс, играет существенную роль в определении продолжительности его жизни. Частично нейтрализуя свободные радикалы, может ли С60 увеличить продолжительность жизни организмов? Несколько групп попытались ответить на этот вопрос, изучая эффект от его введения на различных видах животных. Исследователям из Университета Флориды удалось увеличить жизнь небольшого пресноводного рачка Ceriodaphnia dubia на 38 %.

Китайская команда продемонстрировала замедление старения у червей Caenorhabditis elegans и способность C60 активировать ключевые гены, участвующие в управлении клеточным стрессом, что позволяет животным лучше переносить экстремальные условия (такие как воздействие высокой температуры, например). Эти результаты, безусловно, многообещающие, были получены на животных, далеких от человека; однако некоторые данные позволяют предположить, что действие C60 на продолжительность жизни касается и млекопитающих. Исследование, проведенное на мышах, показало, что он может снизить уровень окислительного стресса, связанного со старением, и продлить жизнь животных на 11%; и в довершение всего, предотвратить интеллектуальное снижение у пожилых морских свинок.

Но самые поразительные результаты были получены группой исследователей из Университета Париж Суд под руководством Фатхи Мусса в 2012 году.

Крысы были разделены на три группы, одна из которых получала смесь C60 и оливкового масла, вторая - только оливковое масло, а третья - только воду. Были отмечены большие различия в продолжительности жизни: животные прожили в среднем 42 месяца, 26 месяцев и 22 месяца. Другими словами, С60 почти вдвое увеличил продолжительность жизни этих лабораторных крыс! Очень эффектные, эти результаты вызвали споры в научном сообществе, в частности, потому, что количество животных, включенных в экспериментальный протокол, было невелико. В том же исследовании ученые также продемонстрировали способность C60 защищать животных от повреждений, вызванных введением четыреххлористого углерода, яда, который генерирует свободные радикалы. Крысы в контрольной группе, что неудивительно, подверглись серьезному повреждению печени, в то время как у крыс, которым давали С60, наблюдались лишь незначительные изменения в тканях печени, что демонстрирует его грозную способность нейтрализовать свободные радикалы.

С60 ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ РАКА

Углерод 60 также представляет интерес для исследователей, специализирующихся на онкологии. Участие свободных радикалов в развитии рака хорошо известно: они вызывают нестабильность генов, блокируют пролиферацию раковых клеток и образование новых кровеносных сосудов для питания опухолей.

Одним из терапевтических способов борьбы с заболеванием является использование антиоксидантных соединений, и, учитывая его грозные возможности, С60 является отличным кандидатом для достижения этой цели. Например, одно из его производных проявило противоопухолевую активность, не уничтожая раковые клетки напрямую, а изменяя их микроокружение, делая его неблагоприятным для их развития. Другие способны оказывать радиопротекторное действие, защищая здоровые клетки от повреждений, вызванных высокими дозами радиации, используемыми для уничтожения раковых клеток.

Возможно, углерод 60 также сможет обойти проблему, с которой постоянно сталкиваются врачи: устойчивость раковых клеток к химиотерапии, что снижает шансы на успешное лечение. Группа специалистов разработала противораковый препарат, основанный на сочетании C60 и цисплатина, молекулы, обычно используемой в химиотерапии. Протестированная на раковых клетках лейкемии, устойчивых к некоторым видам химиотерапии, комбинация оказалась более эффективной в уничтожении больных клеток, чем цисплатин. Затем исследователи ввели его мышам с раком легких и обнаружили замедление роста опухоли, более заметное, чем при использовании любого из соединений по отдельности. Был выделен механизм, объясняющий этот успех: C60 удается инактивировать определенные белки (P-гликопротеин, MRP1 и MRP2), которые способствуют этому явлению устойчивости к химиотерапии. Наконец, что не менее важно, C60 снижает токсичность цисплатина, который может вызывать мутации в генофонде, повышая риск развития вторичного рака через несколько лет после лечения. C60 также может улучшить диагностику в области онкологии; например, американская команда недавно разработала контрастное вещество, используемое в магнитно-резонансной томографии (МРТ), которое не только точно обнаруживает опухоли молочной железы, но и подробно описывает скорость их роста.

Полая структура C60 образует клетку, в которую помещается гадолиний, молекула, обычно используемая для визуализации тканей во время МРТ; на поверхности закреплено небольшое соединение, обнаруживающее специфический белок, связанный с раком. Такая сборка повышает чувствительность метода и обеспечивает безопасность, особенно потому, что используемые дозы ниже, чем при традиционных методах.

АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА С60

Углерод 60 также обладает антибактериальными свойствами, которые действуют по-разному в зависимости от типа бактерий. Эти микроорганизмы состоят из одной клетки и защитной стенки. Природа последней изменчива и позволяет выделить две основные группы: грамположительные бактерии (такие как стафилококки, стрептококки или энтерококки) и грамотрицательные бактерии (например, кишечная палочка).

У представителей первой группы С60 способен интеркалировать непосредственно между соединениями стенки; таким образом, неструктурированный микроб не может выжить. Если он не способен непосредственно уничтожить бактерии второй группы, то, тем не менее, он способен контролировать инфекцию, которую они вызывают. E. coli - это бактерия, естественно присутствующая в кишечнике и в целом безвредная. Однако она может стать патогенной и вызвать различные заболевания: инфекцию мочевыводящих путей, гастроэнтерит и т.д., и даже грозный менингит, особенно у младенцев. Менингит бактериального происхождения сопровождается повышением проницаемости защитного барьера мозга, что способствует развитию отека головного мозга, вызывая повышение давления внутри черепа, что лишает определенные участки мозга кислорода, необходимого для выживания клеток. Тайваньские исследователи в исследовании на мышах показали, что производное C60 способно противостоять этому явлению и поддерживать целостность этого защитного барьера.

К этим антибактериальным свойствам добавляется его способность бороться с вирусами. Он доказал свою эффективность против вируса гриппа и гепатита С. С 1990-х годов его противовирусный потенциал также изучается на грозном патогене - вирусе иммунодефицита человека, ответственном за СПИД. В то время исследователи обнаружили, что соединения, полученные из 60 углерода, обладают противовирусным действием против ВИЧ1, наиболее распространенной формы вируса. Но механизмы действия не были выяснены, что препятствовало разработке терапии.

Недавно, в 2016 году, команда из Техасского университета, США, сняла часть тайны, связанной с его способом действия. Ранее было принято считать, что С60 блокирует действие протеаз, вырабатываемых вирусом для расщепления соединений-предшественников и получения молекул, необходимых для его размножения. Но ученые поняли, что на самом деле он действует по-другому: он противостоит созреванию вируса. Таким образом, когда вирус размножается в инфицированной клетке, он остается в незрелой форме, не обладающей инфекционностью. Очень интересный путь для разработки нового подхода к борьбе с вирусом.

С60 ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ КОСТЕЙ И СУСТАВОВ

С другой стороны, углерод 60 оказывает защитное действие на наш скелет. Начиная с 1990-х годов, группа исследователей показала, что он способен стимулировать производство хондроцитов - клеток, обеспечивающих регенерацию хряща, ткани, покрывающей костные окончания в суставах. Может ли он, таким образом, бороться с дегенерацией этого защитного покрытия, наблюдаемой, в частности, при остеоартрите? Чтобы выяснить это, японские исследователи провели двойной эксперимент. Сначала они изучили поведение человеческих хондроцитов, подвергшихся окислительному стрессу, с С60 или без него. Клетки, подвергшиеся такому клеточному стрессу, вырабатывают ферменты - вещества, которые атакуют хрящевую ткань, но это явление останавливается при добавлении препарата.

Кроме того, он увеличивает производство коллагена II типа и протеогликанов, основных компонентов хряща. Во второй части своего исследования ученые проверили действие соединения на животной модели патологии. Они сделали инъекции C60 в суставы кроликов и обнаружили замедление износа хряща.

Благодаря своим антиоксидантным свойствам, C60 предотвращает воспалительный процесс, способствующий деградации этой ткани. Но свободные радикалы вредны не только для хряща, они также повреждают костную ткань, способствуя образованию остеокластов - клеток, ответственных за разрушение кости. И снова С60 может предотвратить ущерб: введенный в суставы крыс, страдающих остеоартритом, он уменьшает количество этих клеток и, следовательно, разрушение костной ткани. Дополнительные данные, полученные в ходе лабораторных исследований, позволяют предположить, что он также способен стимулировать образование новой костной ткани, активируя определенные гены, участвующие в этом явлении. Он представляется идеальным кандидатом для борьбы с остеопорозом, которым страдают около 40% женщин в возрасте 65 лет. Тем более что он позволяет лучше нацеливать препараты, традиционно используемые для борьбы с этим заболеванием, такие как бисфосфонаты, плохо усваивающиеся в кишечнике при пероральном приеме. Исследователи работали над созданием химерных соединений из C60 и бисфосфонатов, которые имеют сильное сродство к гидроксиапатиту, основному минеральному компоненту костей. Таким образом, этот метод лечения направлен именно на костную ткань.

Действие производных C60 изучается и при другом заболевании скелета - износе дисков, разделяющих позвонки. Снижая выработку воспалительных соединений, они уменьшают боль, связанную с ними.

С60 ПРОТИВ СТАРЕНИЯ КОЖИ

Хотя упомянутые выше работы дали обнадеживающие результаты, большинство исследовательских проектов находятся лишь на стадии экспериментов на животных, а клинических испытаний на людях проведено мало. Единственная область, которая является исключением, - это косметика, способность С60 противостоять разрушению коллагеновых волокон свободными радикалами делает его неоспоримым антивозрастным активом. Так, в исследовании 23 человек применение крема с С60 в течение двух месяцев уменьшило глубину морщин; в другом исследовании, длившемся один месяц, было отмечено увеличение содержания коллагена в коже и повышение уровня ее увлажненности.

Исследователи также отметили отсутствие токсичности этого средства в ходе испытаний на фибробластах - клетках, присутствующих в коже. Антивозрастные кремы на основе углерода 60 уже доступны на рынке. Кроме того, C60 может иметь и другие применения в дерматологии: проверенный в небольшом испытании против акне, применение геля дважды в день в течение двух месяцев уменьшило очаги поражения, не снижая эффективности кожного барьера. Его действие включает в себя снижение выработки кожного сала.

МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ВОСПОЛЬЗОВАТЬСЯ ПРЕИМУЩЕСТВАМИ УГЛЕРОДА 60?

Продукты, содержащие углерод 60, продаются на различных сайтах, но не имеют статуса лекарства или пищевой добавки. Они выпускаются в виде порошка или раствора, где продукт смешивается с оливковым маслом, авокадо или кокосом. Углерод 60 не был одобрен для применения у людей, что не мешает некоторым пользователям прибегать к нему, не дожидаясь официального разрешения, для борьбы с различными хроническими заболеваниями, такими как остеоартрит, остеопороз, воспалительные заболевания кишечника (болезнь Крона, дивертикулит и т.д.) или аллергия.

Некоторые пациенты с рассеянным склерозом используют его, чтобы попытаться сдержать развитие этого аутоиммунного заболевания: уменьшая воспалительные явления, углерод 60 может замедлить разрушение защитной оболочки, которая окружает продолжения нейронов.

Сам углерод 60 не представляет риска аллергии и не оказывает токсического действия даже в относительно высоких дозах: у крыс, получавших дозу 2000 мг/кг в течение одного дня и 250 мг/кг в течение 30 дней, не наблюдалось смертей, а структура внутренних органов не пострадала от лечения. Количество углерода 60, обнаруженного в организме, было низким, что свидетельствует о его надлежащем выведении. Однако данные о последствиях длительного применения препарата отсутствуют.

Статья написана Céline Sivault

Ссылки и научные исследования, использованные в статье:

• 1. Kroto HW et al. C-60 – Buckminsterfullerene. Nature. 1985;318:162–3
• 2. Krusic PJ et al. Radical reactions of c60. Science. 1991;254:1183–5
• 3. Gao J et al. Polyhydroxy fullerenes (fullerols or fullerenols): beneficial effects on growth and lifespan in diverse biological models. PLoS One. 2011;6(5):e19976
• 4. Cong W et al. Evaluation of the influence of fullerenol on aging and stress resistance using Caenorhabditis elegans. Biomaterials 2015; 42:78–86
• 5. Quick KL et al. Carboxyfullerene SOD mimetic improves cognition and extends the lifespan of mice. Neurobiol Aging 2008; 29:117–28
• 6. Baati T et al. The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of C60 fullerene. Biomaterials. 2012 Jun;33(19):4936-46
• 7. Morry J et al. Oxidative stress in cancer and fibrosis: Opportunity for therapeutic intervention with antioxidant compounds, enzymes, and nanoparticles. Redox Biol. 2017 Apr;11:240-253
• 8. YiYe Li et al. Antineoplastic activities of Gd@C82(OH)22 nanoparticles: tumor microenvironment regulation. Science China Life Sciences. October 2012, Volume 55, Issue 10, pp 884–890
• 9. Theriot CA et al. Dendro [C60] fullerene DF-1 provides radioprotection to radiosensitive mammalian cells. Radiat Environ Biophys 2010; 49:437–45
• 10. Svitlana Prylutska et al. C60 fullerene enhances cisplatin anticancer activity and overcomes tumor cell drug resistance. Nano Research February 2017, Volume 10, Issue 2, pp 652–671
• 11. Pierre Lepage et Philippe Gros. La glycoprotéine P : de la résistance croisée aux médicaments au transport des lipides biliaires. INSERM MS 1995 num. 03
• 12. Han Z et al. Targeted gadofullerene for sensitive magnetic resonance imaging and risk-stratification of breast cancer. Nat Commun. 2017 Sep 25;8(1):692
• 13. Tsao N et al. In vitro action of carboxyfullerene. Journal of Antimicrob Chemother. 2002 Apr;49(4):641-9
• 14. Tsao et al. Inhibition of the increased permeability of blood– brain barrier in Escherichia coli-induced meningitis by carboxyfullerene. 2001. Fullerene Science and Technology 9,307–20
• 15. Shoji M et al. Anti-influenza Activity of C 60 Fullerene Derivatives. PLoS One 2013; 8:e66337
• 16. Xiao S-l et al. Conjugation of cyclodextrin with fullerene as a new class of HCV entry inhibitors. Biorg Med Chem 2012; 20:5616–22
• 17. Zachary S. Martinez et al. Fullerene Derivatives Strongly Inhibit HIV-1 Replication by Affecting Virus Maturation without Impairing Protease Activity. Antimicrob Agents Chemother. 2016 Oct; 60(10): 5731–5741
• 18. Tsuchiya T et al. A novel promoting action of fullerene C60 on the chondrogenesis in rat embryonic limb bud cell culture system. Biochem Biophys Res Commun. 1995 Jan 26; 206(3):885-94
• 19. Yudoh K et al. Water-soluble C60 fullerene prevents degeneration of articular cartilage in osteoarthritis via down-regulation of chondrocyte catabolic activity and inhibition of cartilage degeneration during disease development. Arthritis Rheum. 2007 Oct; 56(10):3307-18
• 20. Lee NK et al. A crucial role for reactive oxygen species in RANKL-induced osteoclast differentiation. Blood. 2005 Aug 1;106(3):852-9. Epub 2005 Apr 7
• 21. Kazuo Yudoh et al. Water-soluble fullerene (C60) inhibits the osteoclast differentiation and bone destruction in arthritis. International Journal of Nanomedicine. 2009; 4: 233–239
• 22. Liu H et al. Fullerol antagonizes dexamethasone-induced oxidative stress and adipogenesis while enhancing osteogenesis in a cloned bone marrow mesenchymal stem cell. J Orthop Res. 2012 Jul; 30(7):1051-7
• 23. Gonzalez KA et al. Synthesis and in vitro characterization of a tissue-selective fullerene: vectoring C(60)(OH)(16)AMBP to mineralized bone. Bioorg Med Chem. 2002 Jun; 10(6):1991-7
• 24. Jin L et al. Nanoparticle fullerol alleviates radiculopathy via NLRP3 inflammasome and neuropeptides. Nanomedicine. 2017 Aug;13(6):2049-2059
• 25. Ngan CL et al. Skin intervention of fullerene-integrated nanoemulsion in structural and collagen regeneration against skin aging. Eur J Pharm Sci2015; 70:22–8
• 26. Kato S et al. Clinical evaluation of fullerene-C60 dissolved in squalane for anti-wrinkle cosmetics. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2010 Oct;10(10):6769-74
• 27. Ngan CL et al. Skin intervention of fullerene-integrated nanoemulsion in structural and collagen regeneration against skin aging. Eur J Pharm Sci2015; 70:22–8
• 28. Inui S et al. Improvement of acne vulgaris by topical fullerene application: unique impact on skin care. Nanomedicine. 2011 Apr;7(2):238-41
• 29. Andreev SM et al. Immunogenic and allergic properties of fullerene conjugates with amino acid and proteins. Doklady Biochemistry. 2000;370:4–7
• 30. Sergey Andreev et al. (2015) Study of Fullerene Aqueous Dispersion Prepared by Novel Dialysis Method: Simple Way to Fullerene Aqueous Solution. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures 23:9, pages 792-800