химия

текст Владимир Иванов, доктор химических наук, Институт общей и неорганической химии им.?Н.С. Курнакова РАН
Александр Щербаков, кандидат химических наук, Институт микробиологии и вирусологии им.?Д.К. Заболотного НАН Украины 
Владимир Козик, доктор технических наук, Национальный исследовательский Томский государственный университет

Что скрывается в тени средств для загара

Солнечные ультрафиолетовые лучи полезны для здоровья, но каким болезненным может быть их избыток, знают, наверное, все. Солнечный ожог, или эритема, — наиболее распространенное острое повреждение кожи ультрафиолетом.

При длительном воздействии УФ-излучение вызывает дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Это приводит к преждевременному старению кожи, фотодерматозам и актиническому кератозу, в наиболее серьезных случаях может развиться рак кожи.

Самый распространенный способ защиты открытых участков кожи — кремы и лосьоны с УФ-фильтрами, веществами, отражающими, рассеивающими или поглощающими ультрафиолет. Традиционные неорганические компоненты большинства УФ-фильтров — это порошки оксидов титана (TiO ) или цинка (ZnO).

Но, как оказалось, частицы TiO могут вызывать поражение нервных клеток, лимфоцитов крови, лимфобластоидных клеток. Быстрее эти процессы идут как раз при УФ-облучении, активирующем фоторазложение органических молекул.

Кроме того, TiO? и ZnO под действием УФ формируют активные формы кислорода (АФК) — в частности, гидроксильные радикалы, также разрушающие биомолекулы.

Проверка диоксида церия

Заменой TiO? и ZnO мог бы быть нанокристаллический диоксид церия (СеO?, или НДЦ). Во-первых, наночастицы СеO? активно поглощают УФ-излучение. Во-вторых, сами они прозрачны в видимой области спектра (400-800 нм). И в третьих, СеO? уже зарекомендовал себя как неорганический антиоксидант. При переходе в наносостояние он становится дефектным по кислороду и начинает проявлять особые окислительно-восстановительные свойства, в частности, приобретает способность инактивировать АФК.

Теоретически нанокристаллический церий вполне подходил для замены титановых и цинковых порошков. По так называемому SPF (Sun protection factor — мере поглощения УФ) он даже превосходил их. Оставалось проверить теорию экспериментами.

Как показали эти эксперименты, наночастицы СеO? максимально поглощают наиболее опасную "коротковолновую" часть ультрафиолета — УФ-В с длиной волн 280-315 нм [рис.01 ].

Что касается биологической активности, то НДЦ не провоцирует фотокатализ и не имеет цитотоксичности (способности вызывать патологические изменения в клетках).

Также он демонстрирует выраженное защитное действие против активных форм кислорода и свободных радикалов, образующихся при УФ-облучении. Это последнее антиоксидантное свойство НДЦ блокирует непрямое УФ-разрушение ДНК.

Более того, наночастицы церия, как оказалось, ускоряют восстановление поврежденной ДНК, направляя деятельность киназ (киназы — разновидность ферментов) в нужное русло [рис.02 ].

Многообещающий наноцерий

Полученные данные открывают перспективу использования наночастиц СеО2 не только в составе профилактических мазей и спреев, защищающих от УФ-облучения, но и в качестве терапевтических препаратов при лечении ожогов. Дальнейшие исследования в этом направлении уже показали, что в качестве стабилизатора при синтезе наночастиц диоксида церия может быть использован пантенол (провитамин В5). То есть получается композиция двух веществ с защитными свойствами.

Работа выполнена в рамках Программы повышения конкурентоспособности Томского государственного университета при поддержке Российского научного фонда (проект 14-13-01373).