Текст книги "Раневой процесс: нанобиотехнологии оптимизации"

2. Формирование зоны вторичного некроза на 3 – 4-е сутки после ранения повышает роль повторной хирургической обработки, показания к которой при сложных ранениях необходимо уточнить в указанные сроки.

Патогенетически обоснованное представление о зонах и их динамике позволило нам предложить и внедрить в отдельных лечебных учреждениях 40-й армии двухэтапную систему хирургического лечения огнестрельных ран, включающую:

– на первом этапе – первичную хирургическую обработку с последующим местным применением в течение 3 – 4 дней антисептических, антиферментных и антикоагулянтных препаратов;

– на втором этапе – ревизию и по показаниям повторную хирургическую обработку ран (на 4 – 5-е сутки после ранения) с вариантами завершения операции: а) зашивание наглухо раны и активное ее дренирование; б) открытое ведение раны с местным применением средств, способствующих ее санации и стимулирующих репаративные процессы.

Как будет показано в дальнейшем, двухэтапная система лечения огнестрельных ран способствовала уменьшению частоты гнойных осложнений и позволила в 2–3 раза сократить сроки лечения раненых.

На основании установленных нами особенностей раневого процесса при огнестрельных пулевых ранениях, новых представлений о зонах огнестрельной раны и динамике их клинического течения, результатов бактериологических исследований, позволивших выделить два типа раневой инфекции – первичную («уличную») и вторичную («госпитальную»), принципиально различающихся между собой, в частности, по их чувствительности к различным антибиотикам, была сформулирована и внедрена в практику медицинской службы действовавшей в Афганистане 40-й армии двухэтапная система лечения огнестрельных ран.

I этап включает период от оказания доврачебной помощи раненым на поле боя, первой врачебной помощи до 3 – 4 суток после первичной хирургической обработки раны (ПХО) в полевых лечебных учреждениях. Основными задачами на этом этапе являются:

1) временная остановка наружного кровотечения;

2) устранение болевого синдрома;

3) иммобилизация раненной конечности или размещение раненого на носилках при локализации ран в других областях;

4) профилактика раневой инфекции: а) санация раны применением антисептиков и сорбентов; б) внутривенное, внутримышечное введение 1 млн ЕД пенициллина или короткая блокада раны 0,25 % раствором новокаина с паравульнарным введением такого же количества пенициллина;

5) ранняя инфузионная терапия с целью стабилизации гемодинамики и улучшения микроциркуляции, начиная с поля бояивпроцессе лечебно-транспортной эвакуации в лечебное учреждение;

6) ранняя ПХО в лечебном учреждении и активное консервативное ведение послеоперационной раны до 3 – 4 суток после ранения. При экспериментально-клинических исследованиях была проведена сравнительная морфофункциональная оценка эффективности ряда антисептиков (2 % раствор перекиси водорода; фурациллин; 0,5 – 1 % раствор катапола; 0,9 % раствор «Бализ-2»; первомур, диоксидин) и сорбентов (сорбент на основе лигнина, АУВМ «Днепр», полиметилсилоксан – ПМС, гелевин), антипротеолитических и антиоксидантных препаратов. Установлено, что на I этапе наиболее целесообразно промывание раны аэрозольной струей антисептика катапола или диоксидином в связи с их наиболее выраженными антибактериальными свойствами и введение в рану сорбентов гелевина или ПМС с иммобилизированными на них ингибиторами протеолиза. Применение комплекса пенициллина или бициллина-3 в сочетании с катаполом и гелевином способствовало уменьшению вторичных некротических изменений в тканях раны, поддерживало стабильность в них процесса перекисного окисления липидов и сохранение антиоксидантных возможностей, явилось эффективной мерой профилактики гнойно-септических осложнений, особенно при задержке эвакуации раненых в лечебное учреждение.

По нашим данным, каждый третий раненый (26 %) нуждается в проведении инфузионно-трансфузионной терапии, начиная с поля боя и в процессе лечебно-транспортной эвакуации, которая при оказании доврачебной и первой врачебной помощи должна включать введение вначале кристаллоидных, а затем коллоидных растворов через одну или две периферические вены в объеме не менее 1 л и более – при шоковом индексе, равном или более 1.

В связи с закономерным формированием зоны вторичного некроза лишь к 3 – 4-м суткам после ранения ранняя ПХО не всегда может быть радикальным оперативным вмешательством. Вторично развившиеся очаги некротических тканей четко дифференцируются у каждого третьего раненого именно в этот срок. Масса этих тканей, как правило, превышает или равна массе некротических тканей, удаляемых при ПХО. Как показали бактериологические исследования, ПХО существенно снижает выраженность первичного микробного загрязнения, но ликвидирует его полностью только у 23 % раненых.

С учетом отмеченных обстоятельств ПХО огнестрельной раны, выполняемая предпочтительно под общей анестезией после проведения реанимационных мер и стабилизации АД, должна включать:

1) экономное (не более 3—4 мм от края раны) иссечение размозженных и явно нежизнеспособных тканей в области входного и выходного пулевых отверстий;

2) более широкое иссечение подкожной клетчатки, вскрытие субфасциальных гематом, карманов и перемычек;

3) иссечение краев размозженных мышц и рассечение фасций;

4) удаление (вымывание) инородных тел, сгустков крови и детрита из раневого канала (лучше аэрозольной струей катапола);

5) тщательный гемостаз;

6) закрытие костной раны мышцами, кожно-фасциальными блоками, перемещенными кожными лоскутами;

7) фиксацию отломков костей аппаратами для чрескостного остеосинтеза;

8) короткую блокаду раны 0,25 % раствором новокаина с пенициллином (1 млн ЕД);

9) адекватное активное дренирование раны независимо от способа дальнейшего ее ведения;

10) создание покоя раненому и поврежденной области.

При уверенности в радикальности ПХО и в случаях, если в ближайшие дни не планируется эвакуация раненого, рана может быть ушита наглухо с использованием методов активного дренирования (проточно-аспирационное и др.). Однако у большинства раненых методом выбора должно быть открытое ведение раны с повторным промыванием ее при перевязках катаполом (диоксидином), местным применением сорбентов, антипротеолитических и антиоксидантных препаратов (ионол). С первых дней после ПХО необходимо превентивное введение комбинаций антибиотиков, к которым чувствительна госпитальная микрофлора.

Эффективным способом профилактики вторичного некроза и раневой инфекции является гипербарическая оксигенация (ГБО).

II этап лечения огнестрельной раны начинается с 3 – 4-х суток после ранения, когда заканчивается формирование и демаркация зоны вторичного некроза. Именно в этот срок должна быть проведена особенно тщательная ревизия раны, и при выявлении очагов некроза выполняется ее повторная хирургическая обработка. После иссечения некротических тканей, вскрытия сохранившихся затеков и карманов и удаления оставшихся инородных тел, при уверенности в радикальности оперативного вмешательства, рана может быть зашита наглухо первично-отстроченными швами или, при значительных дефектах кожных покровов, закрыта с помощью пластических методов. При наличии гнойно-воспалительного процесса после некрэктомии рану продолжали вести открытым способом с местным применением бализа-2, стимулирующего репаративные процессы и обладающего антисептическими свойствами, антиоксиданта – ионола, физических и физиотерапевтических средств воздействия на ткани, окружающие рану (аппликационная бета-терапия, УФО, УВЧ, ГБО).

Внедрение разработанной нами двухэтапной системы лечения огнестрельных пулевых ран в практику медицинской службы 40-й армии позволило в 4,8 раза (почти в 5 раз!) уменьшить число инфекционных осложнений и в 1,5 раза сократить длительность лечения раненых по сравнению с традиционными способами лечения.

Глава 3
ПАТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОБИОТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РАНЕВОМ ПРОЦЕССЕ

В мировой литературе в настоящее время серьезное внимание уделяется развитию и внедрению наноразмерных объектов и частиц, размеры которых находятся в пределах приблизительно от 1 до 100 нм. Современная тенденция к миниатюризации позволила выявить, что вещества, использующиеся в данном диапазоне, способны приобретать ранее не установленные свойства. Показано, что материалы, созданные на основе наночастиц, могут найти и уже находят применение в различных областях научного знания, в том числе и медицине (Алфимов М. В., Разумов В. Ф., 2007; Balshaw D. M., 2005; Borm P. J., 2006).

Поскольку вещество в виде наночастиц обладает свойствами, часто радикально отличными от их аналогов в виде макроскопических дисперсий или сплошных фаз, наноматериалы представляют собой уникальный класс веществ, на основе которых возможно создание новых фармакологически активных препаратов (Тюнин М. А., 2009).

Многие авторы первое упоминание методов, которые впоследствии были названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением в 1959 г. Ричарда Фейнмана «В том мире полно места» (англ. «There’s Plenty of Room at the Bottom») в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Р. Фейнман предположил, что механически возможно перемещать одиночные атомы. По крайней мере, такой процесс, по его мнению, не противоречил бы известным на тот день физическим законам. Им также было высказано следующее предположение: «По мере уменьшения размеров мы будем постоянно сталкиваться с очень необычными физическими явлениями. Все, с чем приходится встречаться в жизни, зависит от масштабных факторов».

Впервые термин «нанотехнология» употребил в 1974 г. Норио Танигучи, профессор Токийского университета (Taniguchi N., 1974). Этим термином он назвал процесс разделения, сборки и изменения материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой. В 1980-е гг. данный термин в своих книгах использовал Эрик К. Дрекслер («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology» & «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation»). Центральное место в исследованиях К. Дрекслера занимали математические расчеты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размерами в несколько нанометров.

В дальнейшем последовал ряд открытий, связанных с наночастицами углерода. В частности, в 1985 г. – открытие фуллерена С₆₀ (H. Kroto (Англия), J. Hit, S. O’Brien, R. Curl, R. Smalley (США)),отмеченное Нобелевской премией по химии (1996 г.). В 1991 г. японский профессор Сумио Лиджима использовал фуллерены для создания углеродных трубок (или нанотрубок) диаметром 0,8 нм (рис. 1). В начале нового века – открытие графена (англ. graphene), который можно представить как одну плоскость графита, отделенную от объемного кристалла (А. К. Гейм и К. С. Новоселов – Нобелевская премия по физике, 2010 г.) (рис. 2). Как оказалось, графен обладает большой механической жесткостью и хорошей теплопроводностью. Высокая подвижность носителей заряда делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах.

Рис. 1. Углеродная нанотрубка

Рис. 2. Гексагональная кристаллическая решетка графена

Перспективность и необходимость изучения и развития нанотехнологий в России закреплены на законодательном уровне. В соответствии с Распоряжением Правительства РФ от 17.11.2008 г. № 1662-р (ред. от 08.08.2009 г.) «О Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года» в ближайшее десятилетие ожидается переход развитых стран к формированию новой технологической базы экономических систем, основанной на использовании новейших достижений в области биотехнологий, информатики и нанотехнологий, в том числе в здравоохранении и других сферах.

Для России наличие научно-исследовательского потенциала и высокотехнологичных производств может создать условия для обеспечения технологического лидерства по ряду важнейших направлений, формирования комплекса высокотехнологичных отраслей и расширения позиций на мировых рынках наукоемкой продукции, увеличения стратегического присутствия России на рынках высокотехнологичной продукции и интеллектуальных услуг и пр.

В то же время отставание в развитии новых технологий последнего поколения может снизить конкурентоспособность российской экономики, а также повысить ее уязвимость в условиях нарастающего геополитического соперничества.

На 2013 – 2020 гг. запланирован рывок в повышении глобальной конкурентоспособности российской экономики на основе ее перехода на новую технологическую базу (информационные, био– и нанотехнологии), улучшения качества человеческого потенциала и социальной среды, структурной диверсификации экономики.

Интенсивное технологическое обновление всех базовых секторов экономики, опирающееся уже на новые информационные нанои биотехнологии, является важнейшим условием успеха инновационного социально ориентированного развития и успеха страны в глобальной конкуренции.

Термин «нанотехнологии» введен в практику федеральных нормативных документов РФ с марта 2002 г. (Концепция развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года). Нанотехнологией принято считать совокупность технологических методов и приемов, используемых при изучении, проектировании, производстве и применении наноструктур, устройств и систем, интеграции и взаимодействии составляющих их отдельных наномасштабных элементов (с размерами порядка 100 нм и меньше). Объектами нанотехнологий могут быть непосредственно низкоразмерные структуры – наноэлементы с характерными размерами как минимум по одному измерению (наночастицы, нанопорошки, нанотрубки, нановолокна, нанопленки), отдельные элементы устройств и систем. При этом под устройствами или системами, изготовленными с использованием нанотехнологий, понимаются такие, в которых даже один компонент является объектом нанотехнологий.

В повседневную практику в настоящее время входит понятие «наноматериалы». Наноматериалы представляют собой разновидность продукции наноиндустрии в виде материалов, содержащих структурные элементы с нанометровыми размерами, наличие которых обеспечивает существенное улучшение или появление качественно новых механических, химических, физических, биологических и других свойств, связанных с проявлением наномасштабных факторов.

Использование нанотехнологий в биологических системах прежде всего предполагает создание новых биосовместимых наноразмерных материалов и комплексное исследование их биологических свойств. Существенное значение при этом имеют природа наночастиц, а также реализованные механизмы их стабилизации. Использование природных полимеров в качестве наностабилизирующих матриц привело к созданию раздела наноразмерного материаловедения – нанобиокомпозитам (Помогайло А. Д., 2000).

Серьезные достижения последних лет в области молекулярной биологии и патофизиологии позволили более глубоко раскрыть ранее неизвестные механизмы патогенеза воспалительного и, в частности, раневого процесса. Показано, что причиной нарушения регуляции заживления ран, его осложненного течения, перехода ран в разряд долго не заживающих является вторичная альтерация, в основе которой лежит нарушение баланса систем продукции активных форм кислорода и эндогенной антиоксидантной защиты (Толстых М. П., 2002; Shukla A., 1997). В то же время, несмотря на достаточно большое количество известных химических соединений, обладающих антиоксидантными свойствами, арсенал эффективных препаратов для местного лечения ран с такой активностью существенно ограничен (Парамонов Б. А., 2000).

Известно, в частности, использование с этой целью дибунола (Берченко Г. Н., 1997; Шальнев А. Н., 1996), диэтона (Машковский М. Д., 2008), мексидола (Жинко Ю. Н., 1999), á-токоферола (витамин Е), витамина А, желчных кислот, липоевой кислоты (Парамонов Б. А., 2000). Большие перспективы связывают с разработкой антиоксидантов на основе СОД (Зиновьев Е. В., 2003; Клебанов Г. И., 2005). В то же время липофильность некоторых антиоксидантов является их значительным недостатком, так как делает невозможным их применение в первой фазе раневого процесса (Даценко Б. М., 1985; Назаренко Г. И., 2002). В связи с этим предпринимаются попытки создания водорастворимых форм липофильных антиоксидантов, например á-токоферола (Galeano M., 2001).

Использование в лечебных целях антиоксидантов стабилизирует собственную многокомпонентную систему антиоксидантной защиты и тормозит развитие свободнорадикального перекисного окисления липидов, клеточных и капиллярных мембран, предотвращая повреждение клеток и тканей, ограничивая распространение воспалительных изменений и вторичного некроза тканей (Тюнин М. А., 2009). При этом значительно усиливается фагоцитарная активность макрофагов и повышается неспецифический иммунитет (Берченко Г. Н., 1997; Толстых М. П., 2002). Применение антиоксидантов при лечении огнестрельных ран через 1 ч после ранения уменьшает количество иссекаемых тканей при первичной хирургической обработке в 1,3 – 1,85 раза (Шальнев А. Н., 1996).

Расширение ассортимента антиоксидантов, в первую очередь на основе наноматериалов, и их дальнейшее применение при лечении воспалительного процесса, по нашему мнению, должно способствовать предотвращению развития осложнений и скорейшему заживлению ран.

В связи с этим особый интерес представляют отмеченные ранее фуллерены (Kotelnikova R. A., 1998). До открытия фуллеренов считали, что углерод образует три аллотропные формы: алмаз, графит и карбин. Фуллерены принципиально отличаются от них тем, что представляют собой новую форму углерода не только по структуре (алмаз, графит, карбин – бесконечные системы, а фуллерены – семейство индивидуальных полиэдрических молекул), но и по существу, так как его молекула содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которая не характерна для неорганических соединений (рис. 3). О высоком потенциале использования фуллеренов в медицине и биологии ученые заговорили практически с момента их открытия. В настоящее время установлено, что фуллерены, обладая антиоксидантной (Wang I. C., 1999), нейропротективной (Dugan L. L., 1997; 2001), мембранотропной (Андреев И. М., 2002; Kotelnikova R. A., 1998), противовирусной (Меджидова М. Г., 2004; Lin Y. L., 2000), антибластомной (Yang X. L., 2002), антимикробной (Tsao N., 2002) и фотодинамической активностью (Kasermann F., 1998; Vileno B., 2004), являются перспективным материалом для создания новых высокотехнологичных медицинских материалов и лекарственных препаратов фуллерена С₆₀ (Пиотровский Л. Б., 2006). Фуллерены были обнаружены в том числе и в шунгитовых породах (Рожков С. П., 2007; Рожкова Н. Н., 2007), углерод из которых нашел применение в различных отраслях медицины (Панов П. Б., 2007; Шаповалов С. Г., 2005).

Рис. 3. Геометрическая структура фуллерена _С60

При проявлении фуллереном биологических свойств важнейшую роль играет форма его молекулы, т. е. способность выступать в качестве лиганда в комплементарном взаимодействии с биологической мишенью. Наиболее известным примером такого действия служат фуллеренсодержащие ингибиторы протеаз вируса СПИДа (HIV). Доказана возможность фуллерена встраиваться в структуру фермента и блокировать его действие (Friedman S. H., 1993; Sijbesma R., 1993), обуславливая выраженную противовирусную активность. Помимо протеаз вируса СПИДа, в литературе сообщается об аналогичном действии производных фуллерена на сериновые протеазы (трипсин, плазмин, тромбин) (Tokuyama H., 1993).

Из химических свойств наиболее важная роль в проявлении биологической активности принадлежит двум свойствам фуллеренов – легкости присоединения свободных радикалов и способности при облучении превращать триплетный кислород в синглетный («генерировать» синглетный кислород).

Первое свойство обусловлено высокой электроотрицательностью молекулы С₆₀. P. J. Krustik (1991) показал, что одна молекула С₆₀ может присоединять 34 метильных радикала, что позволило автору работы назвать эту молекулу «губкой для радикалов». Поскольку в биологических системах реакции с участием свободных радикалов – это преимущественно реакции окисления, следовательно, одним из биологических свойств фуллерена С₆₀ должна быть антиоксидантная активность.

Рис. 4. Генерация активных форм кислорода при действии облучения на молекулу фуллерена С₆₀

Второе свойство фуллеренов связано с тем, что при их облучении светом молекула из основного состояния переходит в короткоживущее возбужденное синглетное состояние (¹С₆₀), которое затем переходит в более стабильное триплетное состояние (³С₆₀) (Da Ros T., 1996). В присутствии кислорода фуллерен может переходить из триплетного состояния обратно в основное, передавая свою энергию молекуле О₂, которая, в свою очередь, превращается в молекулу синглетного кислорода ¹О₂ (Orfanopoulos M., 1995). Последний представляет собой мощный окислительный агент. В целом эти «взаимоотношения» молекул фуллерена и кислорода представлены на рис. 4 (Orfanopoulos M., 1995).

Так как чистый фуллерен нерастворим в воде, все экспериментальные данные об антиоксидантной активности были получены при работе с химически модифицированными водорастворимыми производными (фуллеренол, карбоксифуллерен и др.). Способность фуллеренола действовать в биологических системах в качестве ловушки для свободных радикалов подтверждается тем, что он снижает концентрацию свободных радикалов в крови и может быть использован как ловушка для супероксидных радикалов O ^•−, генерируемых in vitro ксантином и ксантин-оксидазой (Chian²g L. Y., 1995;

Da Ros T., 1996). В других исследованиях фуллеренол блокировал вызванное перекисью водорода ингибирование передачи нейрональных сигналов (Tsai M. C., 1997), спазм бронхов (Lai Y. L., 1997), предупреждал некроз тканей при ишемически-реперфузионном повреждении кишки (Lai H. S., 2000; Lai H. S., Chen W. J., 2000). Сравнение фармакологической активности фуллеренола и аскорбиновой кислоты показало, что производное фуллерена более эффективно снижает выработку супероксиданион-радикала, индуцированную аллоксаном (Lu L. H., 1998).

Другое водорастворимое производное фуллерена – карбоксифуллерен, также проявляет выраженные антиоксидантные свойства. Показано, что он является эффективной ловушкой для гидроксил-радикала ^•OН и супероксиданион-радикала O₂ ^•−(Dugan L. L.,1996; Wang I. C., 1999). Карбоксифуллерен также снижал гибель нейронов от апоптоза, вызванного β-амилоидными пептидами (Dugan L. L., 2001). Введение карбоксифуллерена в боковые желудочки мозга при реперфузионной ишемии снижало поражение коры и предупреждало повышение уровня ПОЛ (Lin A. M. – Y., 2002). Обусловленный антиоксидантной активностью нейропротективный эффект карбоксифуллерена позволяет предполагать, что новые антиоксиданты на основе фуллерена могут быть использованы как нейропротекторы при нейродегенеративных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона (Dugan L. L., 1997).

Способность фуллерена и некоторых его производных при освещении превращать обычный кислород в синглетный (или другие его активные формы), т. е. проявлять свойства фотосенситизатора, в настоящее время широко применяется в биологических и медицинских исследованиях (Kasermann F., 1998; Tokuyama H., 1993).

Описано фотозависимое противовирусное действие фуллерена (Kasermann F., 1997). Его исследование проводили с использованием двух оболочечных вирусов, принадлежащих к разным семействам, – вируса лесов Семлики и вируса везикулярного стоматита. При этом было показано, что облучение видимым светом суспензии вирусов в присутствии фуллерена С₆₀ и пропускание через нее кислорода приводит к уменьшению величины ID₅₀ вирусов более чем на 7 lg/мл за 6 – 8 ч. Наблюдаемая инактивация вирусов четко зависела от присутствия кислорода. Введение в систему глутатиона или гидрохинона (ловушек для свободных радикалов) не оказывало эффекта на вирусингибирующее действие С₆₀, на основании чего авторы сделали вывод, что наблюдаемый эффект не связан с действием свободных радикалов, а обусловлен только действием именно синглетного кислорода.

Стимулируемое освещением вирусингибирующее действие фуллеренов наблюдали также на моделях безоболочечных вирусов. Так, при облучении minute virus of mice в присутствии фуллерена С₆₀ и кислорода падение ID₅₀ достигало более 5 lg/мл в течение 3 – 5 ч (Tokuyama H., 1993). Показано также, что один из изомеров карбоксифуллерена при облучении ингибирует вирус Dengue-2 (Lin Y. L., 2000) и вирус везикулярного стоматита (Hirayama J., 1999).

Установлено, что облучение светом клеточных культур в присутствии фуллерена С₆₀ вызывает сильный цитостатический эффект (Nakajima N., 1996). Для фотодинамической терапии опухолей предложены соединения С₆₀ с липосомами, биологическое действие которых активируется освещением (Li W. Z., 1994).

При исследовании влияния различных карбоксифуллеренов на рост и клеточный цикл клеток линии HeLa все соединения проявили при облучении токсический эффект (Yang X. L., 2002). Однако было показано, что фотоиндуцируемая цитотоксичность производных С₆₀ уменьшается с увеличением числа заместителей в молекуле фуллерена. При этом цитотоксичность этих соединений коррелирует с их способностью в качестве фотосенситизаторов генерировать синглетный кислород и гидроксильные радикалы в бесклеточных системах (Cheng F. Y., 2000; Hamano T., 1997).

Применение фуллерена и его производных в качестве фотосенситизаторов для фотодинамической терапии онкологических заболеваний рассматривается в литературе как перспективное направление (Chen C., 2005; Yamakoshi Y., 2003). Считается, что сам фуллерен обладает свойствами идеального фотосенситизатора, так как он не расходуется в этом процессе и не дает продуктов распада, которые могут быть токсичны и проявлять нежелательные побочные эффекты. Следует заметить, что нерастворимость фуллерена в воде может быть как преимуществом (легкость выделения), так и недостатком, который заключается в меньшей способности генерировать синглетный кислород и агрегации молекул. Представленные данные подтверждают необходимость дальнейших исследований и поиска оптимального фуллеренсодержащего фотосенситизатора (Пиотровский Л. Б., 2006).

Высокая липофильность фуллерена определяет его сродство к биологическим мембранам. В опытах с производными фуллерена показано, что они могут проникать в мембрану фосфатидилхолиновых липосом и модулировать трансмембранный транспорт ионов (Андреев И. М., 2002; Kotelnikova R. A., 1996; 1998).

Одним из наиболее ярких примеров вклада мембранотропных эффектов в проявление биологической активности является противовирусное действие фуллерена, не связанное с фотосенсибилизацией. При исследовании влияния карбоксифуллеренов на оболочечные вирусы (Dengue-2 и вирус японского энцефалита) и два безоболочечных вируса (энтеровирус 71 и вирус коксаки B3) оказалось, что карбоксифуллерен эффективно ингибирует оба вида оболочечных вирусов и не активен против безоболочечных видов, что подтверждает вывод о необходимости связывания данного соединения с липидной оболочкой вируса для его инактивации (Lin Y. L., 2000).

Противовирусное действие, в основе которого лежит взаимодействие с мембранами, фуллерен проявляет в составе комплекса с N-поливинилпирролидоном (ПВП). Как оказалось, этот комплекс ингибирует репродукцию вирусов гриппа А/Виктория/35/72 (Н3N2) в дозах от 250 до 1000 мкг/мл. В высоких дозах (500 и 1000 мкг/мл) действие комплекса было сравнимо с действием ремантадина (Пиотровский Л. Б., 2001).

Кластер (комплекс) С₆₀/ПВП способен ингибировать репродукцию не только РНК-, но и ДНК-содержащих вирусов, в частности, вируса простого герпеса (HSV-1) (Piotrovsky L. B., 2000).

С мембранотропными свойствами производных фуллерена связаны и их противомикробные свойства (Da Ros T., 1996; Mashino T., 1999). При исследовании противомикробной активности фуллеренопирролидинов показано, что в зависимости от наличия или отсутствия в молекуле четвертичного атома данные соединения проявляют различную активность против устойчивых к изониазиду и рифампицину штаммов Mycobacterium avium и Mycobacterium tuberculosis, причем их активность не зависит от освещения (Bosi S., 2000).

Бактерицидное действие карбоксифуллерена изучено на 20 бактериальных штаммах, включающих Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Enterococcus faecalis (грамположительные), Klebsiella pneumoniae, E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi (грамотрицательные) (Tsao N., 2002). Исследование показало, что для всех грамположительных штаммов минимальная ингибирующая концентрация карбоксифуллерена не превышала 50 mг/мл, тогда как рост грамотрицательных бактерий не ингибировался вплоть до концентрации 500 mг/мл. Это различие в эффективности действия позволило предположить, что бактерицидное действие карбоксифуллерена связано с его проникновением в клеточную стенку и нарушением ее структуры. По данным трансмиссионной электронной микроскопии, под действием этого соединения меняется вид бактерий в результате исчезновения клеточной стенки (Tsao N., 2002).

Большой интерес вызывает влияние кластера С₆₀/ПВП на кожно-мышечные эмбриональные фибробласты человека (Piotrovsky L. B., 2000). При исследовании с помощью флуоресцентной микроскопии препаратов клеток, культивированных в присутствии кластера С₆₀/ПВП, установлено, что уже через первые сутки происходит активное включение и диффузное распределение комплекса по всей цитоплазме. Оценка состояния фибробластов позволила выявить признаки стимуляции дифференцировки и замедления процессов старения культуры (уплотнение клеточного монослоя, появление четко очерченных границ, увеличение прозрачности цитоплазмы). Отмеченная тенденция сохранялась в течение всего периода наблюдения, тогда как в контрольной серии нарастали изменения, отражающие процессы старения клеток (накопление зернистости в цитоплазме, детрита в культуральной жидкости, полиморфизм по размеру и конфигурации клеток, разрежение монослоя) (Крылова Л. А., 2002).

Первыми известными производными фуллерена, биологическая активность которых связана со способностью фуллеренового ядра комплементарно взаимодействовать с биологической мишенью, были дифенилметанофуллерены-С₆₀. Эти соединения способны ингибировать протеазу HIV-1, причем механизм их действия заключается в блокаде фуллереновым остатком липофильного канала, существующего в протеазе (Friedman S. H., 1993; Schinazi R. F., 1993). Также для этих соединений установлена противовирусная активность (Friedman S. H., 1993), сравнимая с известным ингибитором HIV-1 индинавиром.