Статья на конкурс "Био/Мол/Текст": Иммунная система человека — сильный и мощный инструмент организма для защиты от вредных микробов, вирусов и других чужеродных веществ. Однако любой инструмент может выйти из строя. Научный поиск логистических систем облегчает задачу бесперебойной работы организма. Кукурбитурилы — наноразмерные молекулы — являются прекрасными претендентами для доставки лекарственных средств.
Эта работа опубликована в номинации "Своя работа" конкурса "Био/Мол/Текст"-2024/2025. Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD. "Книжный" спонсор конкурса — "Альпина нон-фикшн" Прекрасная мечта о вечной молодости и здоровье следовала за человечеством всю историю его существования. Еще в детстве мы узнали о молодильных яблоках, которые могут вернуть старику бодрость юноши. Женьшень, золотой корень, панты маралов... Что только человек не был готов съесть, лишь бы получить желаемые силы на долгие годы. Как поддержать свое здоровье? Как ускорить выздоровление? Чтобы быть здоровым, надо, чтобы хорошо работала наша иммунная система. Несмотря на успехи в многочисленных исследованиях, ученые продолжают изобретать и тестировать новые подходы и материалы для поддержания иммунной системы в норме. В частности, они придумали использовать наноразмерные системы — кукурбитурилы (рис. 1). Их название произошло из-за внешнего сходства формы молекулы с тыквой (лат. Cucurbitus). Рисунок 1. Молекула кукурбитурила и его сходство с тыквой. рисунок автора Кукурбитурилы — это целый класс органических соединений, главным отличием их друг от друга является размер. Условно можно разделить их на маленькие, средние и большие (рис. 2) [1]. Ученые двух институтов города Новосибирска НИИ фундаментальной и клинической иммунологии и Института неорганической химии СО РАН объединились и изучили, как наноразмерные кукурбитурилы влияют на нашу иммунную систему. Рисунок 2. Молекулы кукурбитурила разных размеров: маленькие, средние, большие (слева направо). рисунок автора
Иммунная система: защитник нашего организма
Иммунная система — это группа клеток, тканей, органов и система процессов, которые защищают наш организм от вредных микробов, вирусов и других чужеродных веществ. Она работает как команда супергероев, которые борются за наше здоровье [2]! Когда вредные микробы или вирусы попадают в наш организм, иммунная система обнаруживает их и начинает бороться. Она отправляет специальные клетки, лейкоциты, чтобы уничтожить врага. Иммунная система имеет память, поэтому, если она уже встречалась с каким-то микробом или вирусом раньше, она может быстрее и эффективнее бороться с ним в следующий раз [3]! Если иммунная система работает хорошо, мы меньше болеем и лучше себя чувствуем. Если иммунная система слаба, то болезни могут победить нас. Вот почему важно заботиться о нашей иммунной системе, питаться здоровой пищей, высыпаться и заниматься физическими упражнениями. Не каждому человеку удается справиться с болезнью собственными силами, в этом случае за дело берутся лекарства. Вот тут-то и придут на помощь нанотехнологии, позволяющие создать биоматериалы, нужные человеку. Иммунная система — это защита нашего организма от болезней, и важно знать, как новые лекарства могут с ней взаимодействовать [4].
Новое в исследованиях
Нанотехнологии в создании биоматериалов — это шанс человечества на долгую жизнь!
Сейчас ученые все чаще обращают внимание, что необходима адресная доставка лекарства к месту, где заболело, чтобы не тратить ресурсы понапрасну и не вызывать побочные явления. В фармакологии и иммунологии, как и в других областях, идет развитие логистических систем, которое основано на шестом, нанотехнологическом, укладе и цифровой революции [5]. В наше время ведется большое количество разработок, основанных на наноразмерных системах, для доставки лекарственных средств [6]. Одна из таких систем — это молекулы кукурбитурилы, которые могут включать в себя молекулы лекарственного средства благодаря наличию полости (рис. 2). Кукурбитурилы — это молекулы, которые напоминают прочный и надежный "сейф", в который можно положить что-то очень важное и ценное, а потом в нужный момент достать, воспользовавшись специальным ключом. Эти молекулы особенно интересны ученым, потому что они могут помещать в себя молекулы-лекарства и помогать доставлять их в нужное место в организме, защищать от разрушения, уменьшать токсичность и улучшать растворимость. Это важно, особенно когда мы говорим о лекарствах для борьбы с такими заболеваниями, как рак. Сейчас в лечении рака применяются лекарственные препараты, которые убивают не только раковые, но и здоровые клетки рядом, что травмирует организм. Иммунная система чувствительна к влиянию наноразмерных систем, которые могут навредить организму, поэтому необходимо исследование иммунобезопасности новых систем доставки.
В разработке систем лекарственной доставки вопрос иммунологической безопасности наноразмерных систем — ключевая проблема
Исследования последних пяти лет показали [7–12], что кукурбитурилы не приносят вреда целостности клеток, отвечающих за защиту организма. Эксперименты проводили на мышах. Исследователи делали специальные инъекции раствором, содержащим кукурбитурил, потом брали анализы, чтобы узнать, как отреагировали клетки тканей мышей. Был сделан вывод, что клетки остаются целыми при воздействии на них кукурбитурилов. А каково общее влияние кукурбитурилов на состояние крови?
Совместимость кукурбитурилов с компонентами крови
Важным этапом в исследованиях, является проверка на гемосовместимость составляющих клеток крови: эритроцитов и лейкоцитов с кукурбитурилом.
Гемосовместимость —
это свойство материала не вызывать изменений функции крови, трансформации ее компонентов и образования тромба.
PBMC —
(сокращение на английском от "мононуклеарные клетки периферической крови") состоят из лимфоцитов (Т-клетки, В-клетки, NK-клетки) и моноцитов, обычно используемых в области иммунологии, клеточной терапии, инфекционных заболеваний и разработки вакцин.
Нами проверялась жизнеспособность PBMC в присутствии кукурбитурила [7–10]. Проверка и анализ жизнеспособности РВМС имеет решающее значение для анализов, проводимых в клинических лабораториях по выявлению степени совместимости компонентов и для прогноза производства иммунных клеток. Эксперименты показали, что некоторые кукурбитурилы даже в высоких концентрациях совместимы с компонентами крови. Клетки не только остаются целыми, но и способны продолжать выполнять свои функции. Более того, кукурбитурилы стимулируют иммунную систему, усиливая активность клеток и увеличивая иммунный ответ на лимфоцитах.
Кукурбитурил и альбумин
Кровь — многокомпонентная, сложная система, в ней содержатся не только клетки, но и белки. Ярким примером такого белка является альбумин. Он есть в крови человека и составляет около 55 % от всех белков в плазме крови. Мы проверили, как кукурбитурилы могут взаимодействовать с той средой, где они находятся, например, такими компонентами среды, как альбумин. Было обнаружено, что образование наноразмерной системы кукурбитурил-альбумин способствовало доставке альбумина в эритроциты. Изученные кукурбитурилы не повреждают клетки напрямую, но могут влиять на компоненты микроокружения клетки [10].
Влияние кукурбитурилов на АФК
Наши клетки сложно устроены. Несмотря на то, что они маленькие, в них протекает очень много процессов, которые помогают им жить и делиться. Активные формы кислорода (АФК) постоянно образуются в живой клетке как продукты нормального метаболизма кислорода. Появление АФК в клетке служит сигналом для них и говорит, все ли в порядке [11]. Однако появление АФК также может спровоцировать повреждение частей клеток и процессов в них, что в итоге может нарушить нормальную физиологию. Нельзя было игнорировать такой важный процесс. В нашей лаборатории протестировали как кукурбитурил влияет на появление АФК. Кукурбитурилы способны снижать выработку АФК. Для этого клетки активировали тромбоциты и эритроциты, с помощью кукурбитурила. Тромбоциты, эритроциты и Т-клетки изменили уровень появления АФК в присутствии кукурбитурила. Процент этих клеток, продуцирующих АФК, был снижен кукурбитурилами. Это значит, что кукурбитурилы могут влиять на производство АФК клетками и, следовательно, помогать клеткам оставаться целыми и выполнять свои функции [12].
Ложка дегтя
Не все кукурбитурилы одинаково полезны. Так, наши исследования показали, что большие кукурбитурилы могут повышать уровень раннего апоптоза лимфоцитов, при этом целостность мембраны клетки сохраняется [13]. Гемолиз представляет собой высвобождение гемоглобина и других внутриклеточных компонентов эритроцитов во внеклеточное пространство крови в ходе их разрушения. Если после центрифугирования крови сыворотка приобретает красный цвет — это свидетельствует о гемолизе пробы. Кукурбитурилы среднего размера усиливают гемолиз в биологически значимых средах. А кукурбитурилы малого размера не всегда эффективны из-за их размеров [10], [13]. Всякое лекарство в больших количествах может стать ядом. Так и с кукурбитурилами, ученые установили необходимые количества, при которых возможно их использование. Другими словами, использовать кукурбитурилы следует только в условиях, обеспечивающих безопасность их действия, что дает перспективы для дальнейших исследований.
Что дальше? "А точка усмехнулась и стала запятой..."
Кукурбитурилы — молодильные тыквы современности?
Можно заключить, что кукурбитурилы — это хорошие претенденты на использование молекул для доставки лекарств в организм. Некоторые их виды безопасны для клеток иммунной системы и могут даже положительно стимулировать иммунную систему. Это открытие поможет в разработке новых систем доставки лекарств, которые будут эффективными и безопасными [7–10], [12], [13]. Но это еще не финал. Важно продолжать изучение, как эти молекулы взаимодействуют с нашим организмом, чтобы в будущем разрабатывать более эффективные и безопасные лекарства. Кукурбитурилы как важный инструмент в разработке новых методов лечения могут стать современными "молодильными яблоками", то есть "молодильными тыквами", если принять во внимание название этих веществ. Познавая секреты этих удивительных и полезных молекул, мы можем найти новые способы борьбы с болезнями и поддерживать прекрасное здоровье!
Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD. 
"Книжный" спонсор конкурса — "Альпина нон-фикшн" Прекрасная мечта о вечной молодости и здоровье следовала за человечеством всю историю его существования. Еще в детстве мы узнали о молодильных яблоках, которые могут вернуть старику бодрость юноши. Женьшень, золотой корень, панты маралов... Что только человек не был готов съесть, лишь бы получить желаемые силы на долгие годы. Как поддержать свое здоровье? Как ускорить выздоровление? Чтобы быть здоровым, надо, чтобы хорошо работала наша иммунная система. Несмотря на успехи в многочисленных исследованиях, ученые продолжают изобретать и тестировать новые подходы и материалы для поддержания иммунной системы в норме. В частности, они придумали использовать наноразмерные системы — кукурбитурилы (рис. 1). Их название произошло из-за внешнего сходства формы молекулы с тыквой (лат. Cucurbitus). 
Рисунок 1. Молекула кукурбитурила и его сходство с тыквой. рисунок автора 
Рисунок 2. Молекулы кукурбитурила разных размеров: маленькие, средние, большие (слева направо). рисунок автора