Медицинские аспекты органической минералогии

В последнее время интенсивно возрастает интерес к органической минералогии, развивается очередная стадия накопления данных, освоения огромных объемов новой геолого-генетической, геохимической, кристаллохимической, биологической и биотехнологической информации о происхождении и свойствах органических минералов, оживляются дискуссии о генезисе их месторождений. Многие исследователи, в том числе авторы этого сообщения, относят органические минералы и органические соединения к перспективным материалам будущего, так как они по количеству (при учете их всех фазовых состояний и переходов более 10 млн) значительно превосходят все другие минералы и соединения, хотя к органическим минералам и минералоидам, принадлежащим к твердым природным образованиям, из этого множества органических соединений в настоящее время можно отнести всего 50 минеральных видов [13, 11]. В практическом аспекте роль органических минералов (и особенно органических соединений) весьма велика, в частности в разработке высокотехнологичных материалов и изделий, в том числе медицинского назначения. Благодаря мощному прогрессу в создании новой исследовательской техники и технологии, нанотехнологии и современных методических разработок, по прогнозу Н. П. Юшкина [13], появилась возможность открыть новые органоминеральне виды. Эти перспективы заложены в структурной упорядоченности органических соединений, осуществляясь главным образом не на атомном и ионном уровнях, как в ионных кристаллах, а на молекулярном и надмолекулярном [10].

Органические минералы характеризуются широчайшей полигеннос-тью. Они образуются во всех геологических обстановках: эндогенных, экзогенных, биогенных, техногенных, формируя свои генотипы, фенотипы, парагенезисы, парастерезисы, заносятся на Землю кометами, метеоритами, космической пылью [13, 11]. В связи с этим мы считаем обоснованной типизацию некоторыми исследователями углерода органических веществ по происхождению, т. е. по первоисточнику углерода, на биогенные и абиогенные [12], а по структурным особенностям и формам выделения — на кристаллические, некристаллические и комбинированные, образование которых связано с добиологическим и биологическим этапами развития Земли.

В медицинском аспекте роль органических соединений и органических минералов весьма значительна, так как на их основе синтезируются более 80 % лекарственных средств и изделий медицинского назначения. С учетом данного обстоятельства правомерно, по нашему мнению, наряду с медицинской минералогией выделить новое направление минералотерапии — медицинскую органическую минералогию .

В производстве лекарственных препаратов среди всех видов минерального сырья одними из самых широко используемых являются биоми-неральные образования [1—3]: мумие, янтарь, жемчуг, кораллы, гагат, каменное масло, каустобиолиты, нефть, ихтиоловое масло, озокериты, парафины, шунгиты, фуллерены, диатомиты, радиоляриты, новокулиты, опоки, трепелы, окаменелое дерево, сапропели, кеннели, богхеды, рабдо-писсит, торфы, фитогенный кремнезем из рисовой лузги, бурые угли, го- рючие сланцы, ракушечники, органогенные известняки и другие образования, каждое из которых представляет собой самостоятельную рудную формацию [6]. В поле охвата органической минералогии включаются как минералообразующие вещества, так и продукты разрушения органических минералов — органические минералоиды, а также биоминералы и процессы биоминералообразования. Детальный анализ этих минеральных образований с позиции медицинской органической минералогии был дан нами ранее [7—15].

С развитием науки представления о теснейших связях между живыми организмами и минеральным миром углубились и расширились. Установлено, что почти все минералы в той или иной степени обладают оздоровительным и биологически активным действием. Особенности получения различных лекарственных форм на этой основе с позиции механизма их действия обуславливаются в каждом конкретном случае физиологической эффективностью использования тех или иных компонентов, входящих в состав лекарственных препаратов. Они определяются такими параметрами, как величина значения электроотрицательности, ионный радиус активного элемента или элементов, тип их химической связи и ее прочность, энергия этой связи и т. д.

С этих позиций выделение органических минералов в отдельную группу основывается не только на особенностях их генезиса, но и на специфике их минералогического и химического составов, кристаллической структуре, кристаллохимии, на типах химической связи, фазовом состоянии и зависящих от этих факторов физических и физико-химических свойствах. Указанные качества органических веществ способствовали появлению самостоятельных разделов учения об этих соединениях: органической минералогии, органической химии, биохимии, биогеохимии, органической кристаллохимии, которая охватывает не только «истинно органические вещества», но и классы ге-теромолекулярных кристаллических веществ: кристаллогидраты, кристал-лосольваты, соли органических кислот, кристаллы координационных соединений с органическими лигандами и металлоорганические соединения. По данным ведущего специалиста по органическим минералам стран СНГ, члена комиссии по органичес ким минералам Международной минералогической ассоциации, профессора Санкт-Петербургского университета Е. Н. Котельниковой [10], в базе данных кристаллических структур минералов Кембриджского университета содержатся сведения о более 200 тыс. органических соединений всех названных выше классов.

Установлено также, что даже «истинно органические» гомомоле-кулярные кристаллы наряду с углеродом содержат: H, B, Si, N, P, Te, Cl, Br, I, что свидетельствует о способности их структур к развитию изоморфной смесимости по отношению к неорганическим (неуглеродным) компонентам и является одним из важнейших критериев для прогнозирования возможности получения на их основе комбинированных литобиопрепаратов. Кроме того, способность к изоморфизму между компонентами органических веществ и неорганических минералов при их смешивании с целью получения совмещенных литобиопрепаратов проявляется в основном по типу замещения, т. е. осуществляется путем межатомных замещений, а не посредством межмолекулярных взаимодействий. Так, например, легкая усвояемость организмом человека фторсодержащих соединений объясняется прежде всего близостью атомных радиусов фтора и водорода во фторсодержащих органических препаратах, поэтому замена одного из атомов водорода на атом фтора не оказывает значительного влияния на размеры молекулы вводимого в организм лекарственного вещества в целом. Создается тем самым «эффект маскировки» — «mimic effect», благодаря которому организм легко усваивает данные лекарственные вещества, так же как его незамещенный аналог. Эффект маскировки может быть наиболее благоприятным фактором для получения различных комбинированных литопрепаратов, литобиопрепаратов и литофитопрепаратов.

Получение и использование совмещенных препаратов практикуется во многих странах Юго-Восточной Азии и в настоящее время. Например, в Китае использование природных минералов для медицинских целей имеет пятитысячелетнюю историю и 50 % фармпродукции производятся на минеральной основе. Разработаны, прошли фармиспытания и используются в качестве лекарственных средств 1700 (!) литофитопрепаратов и литобиопрепаратов. Серия таких же препаратов прошла фармокопею и вошла в фармфонд в Японии, Корее, Тибете, Индии, Израиле и Египте.

С учетом геохимических и кристаллохимических параметров (в основном по близости коэффициентов литобиоизоморфизма ) органических минералов, биоминеральных образований и неорганических лечебных минералов нами разработаны прогнозные критерии для синтеза более 30 лекарственных форм комбинированных литобиопрепаратов и литофитопрепаратов, потенциально эффективных для лечения стойких, трудноизлечимых заболеваний, т. е. лекарственных средств противоопухолевого, противотуберкулезного, противодиабетического и противоспидного назначения. Составы их пока не сообщаются из-за режимности и незавершенности фармацевтических испытаний. Чтобы показать потенциальную эффективность и ожидаемую практическую результативность прогнозируемых комбинированных лекарственных фитобиопрепаратов, надо обратить внимание на степень реакционной способности одного только вида органических минералов — фуллеренов. В частности, к наиболее важнейшим свойствам фуллерена С₆₀ относится его способность легко присоединять свободные ионы и молекулы совмещаемых неорганических лечебных минералов, металлов, элементов или их лекарственных форм. Одна молекула фуллерена С₆₀ может присоединить до 34 таких веществ в виде радикалов, вследствие чего она получила название «губка радикалов». Это свойство обеспечивает антиоксидантную активность фуллерена С₆₀ и его производных. «Губчатые радикалы» фуллерена С₆₀ могут служить не только перспективным комбинированным литобиопрепаратом, но и нанотранспортным средством для доставки созданных комбинированных лекарственных соединений непосредственно в определенную точку больной части организма и обеспечить тем самым более надежное и эффективное лечение пациентов [14, 9].

В настоящее время наноразмер-ные органические минералы и минералоиды достаточно эффективно используются в медицине при лечении ряда преимущественно тяжелых заболеваний, в том числе онкологических. В связи с этим мы считаем целесообразным квалифицировать эту область минералотерапии как новое направ- ление минералогической науки, назвав ее медицинской наноминералогией [9].

В области терапии наиболее существенным результатом применения органических наноминералов является решение проблем доставки лекарственных препаратов непосредственно к месту больной части тела и регенерации тканей. Наночастицы позволяют врачам доставлять лекарство точно к месту болезни, повышая эффективность лечения и сводя к минимуму побочные эффекты. Они обеспечивают возможность для контролируемого вывода терапевтических веществ и их метаболитов (продуктов превращения лекарств в ходе естественных процессов обмена веществ в организме).

Для достижения эффективности лекарства необходимо, чтобы его молекулы попали к нужным клеткам: антидепрессанты — в мозг, противовоспалительные средства — в места воспалений, противоопухолевые препараты — в опухоль и т. д. В настоящее время получены фуллереновые нанокапсулы со средним диаметром от 10 до 5000 нм (.

Фуллереновые нанотрубки, наносферы и другие наночастицы способны повышать биосовместимость имплантатов, их механическую прочность, срок службы (например, для искусственных клапанов сердца).

Представляется перспективным лечение раковых метастазов органическими наноминералами, поскольку метастазы гораздо хуже поддаются лечению, чем первичная опухоль. Антиканцерогенный препарат, состоящий из фуллерена-60, оказывает эффективное воздействие и на метастазы, и на первичную опухоль. Фуллерены можно использовать для введения лекарств в организм и быстрой доставки их к биологической мишени [9,15].

Установлено что, наночастицы металлофуллеренола [Gd@C82(OH)22)n] размером 22 нм обладают противоопухолевыми, противовирусными и антиоксидантными действиями. Недавно созданный нанокатализатор производит углеродные нанотрубки одинакового размера и заставляет их собираться в структуру, напоминающую ковер. В эксперименте на бактериях отдельные нанотрубки «ковра» проткнули их клеточные мембраны, чем вызвали гибель микроорганизмов. «Наноковер» может быть использован в качестве биологического детектора либо бактерицидной поверхности для применения в терапии, а также в фильтрах для очистки воды и воздуха. В минералотерапии немаловажное значение имеет прогнозирование степени биологической усвояемости и токсикологического действия минералов, в том числе органических.

Токсичность минералов и методы ее обнаружения и нейтрализации были известны еще до III века нашей эры. На современном этапе развития медицинской минералогии исследования токсичных свойств минералов, в том числе органических, не потеряли своего практического значения. Органические минералы, обладающие такими свойствами, обнаруживаются при проведении вскрышных и добычных работ эксплуатируемых месторождений и при технологическом переделе руд. Наличие их в рудоносных породах и рудах обуславливает необходимость проведения оценки экологической безопасности месторождений. В Российском НИИ минерального сырья были разработаны методические рекомендации по экологической оценке таких месторождений и «Каталог токсичных органических минералов и веществ», которые явлюятся настольными книгами для геологов и горняков при составлении проектов на проведение геолого-разведочных и горно-добычных работ.