Перспективы биомедицинского использования природных минералов

Роль минералов в живых системах широка и многозначна. Согласно гипотезе матричного синтеза, органический мир возник на основе неорганических кристаллов. Ряд исследователей [2, 19] считают, что живые организмы возникали в ходе матричного синтеза ключевых биомолекул и биоструктур на неорганических матрицах. Стоит упомянуть о большом количестве кристаллов и кристаллоподобных структур, находящихся в организме в норме, а также выявляемых при различных патологиях. Это и кристаллы минерализованных тканей – костей, дентина, эмали, встречающиеся в норме, и огромное количество различных патогенных биоминеральных образований – уролиты, саливолиты, кардиолиты, дентолиты, хо-лелиты, пульмолиты, остеолиты и другие. Многочисленные данные в рамках относительно новых наук – биоминералогии и медицинской минералогии – свидетельствуют о разнообразных, и, подчас неоднозначных взаимосвязях живого организма и кристаллов [15].

В последнее время совершенно не случайно среди огромного многообразия минералов исследователи стали выделять природные алюмосиликаты – цеолиты. Эти

Паничев Александр Михайлович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

Гульков Александр Нефедович, доктор технических наук, профессор, директор Института нефти и газа

Анисимова Анна Алимовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры клеточной биологии минералы, занимающие шестое место в мире по распространению, давно и разносторонне используются в технике и сельском хозяйстве [25]. В последние два десятилетия цеолиты считаются наиболее перспективными минералами для биотехнологии и практической медицины и ветеринарии, так как они обладают антитоксическим, антиоксидантным, биостимулирующим и многими другими биологическими эффектами [23, 39, 41].

Все работы по биомедицинскому изучению цеолитов можно условно разделить на два больших направления – это испытания in vitro и in vivo. Экспериментальных данных по изучению цеолитов in vivo достаточно много [10, 14, 17, 30]. Всего нами обнаружено около трех сотен публикаций, как в отечественной, так и в зарубежной литературе, но мы остановимся на самых последних сообщениях. Так, на данный момент исследованы реакции со стороны почек и минерального обмена [9, 11], пищеварительной системы [5, 20, 21], кожи [1, 6, 7], системы крови [8], иммунитета [10, 12], регенерации тканей [22, 24, 29] и т.д. Есть работы, посвященные антитоксическим свойствам цеолитов [4, 16, 27]. Существуют сообщения о положительном влиянии цеолитов на течение ожоговых и гнойных процессов у человека и животных [3, 26]. Стоит отметить, что при испытании in vivo не всегда удается адекватно оценить эффект воздействия минералов на клеточном уровне, и, чаще всего, результаты таких исследований заключаются в описании жизнеспособности животных (процент выживаемости), метрических данных (вес, рост, длина), уровня различных веществ в сыворотке крови или структуре органов. Такие работы, несомненно, нужны, так как способствуют накоплению фактического материала, подтверждающего наличие определенных взаимодействий между живыми и минеральными объектами. Огромный объем данных, полученных в результате прикладных исследований, на данном этапе становления биомедицинской минералогии как науки уже требует теоретического обоснования и понимания конкретных механизмов взаимодействия минералов с клетками.

Работы по исследованию цеолитов in vitro не так многочисленны [13, 31, 32, 34, 35, 38, 39, 42-44]. Стоит отметить, что результаты, полученные на культуре клеток, не всегда адекватно отражают соответствующие процессы, реально происходящие в живых организмах, а, значит, не могут быть в полной мере сопоставимы с результатами, полученными in vivo .

По нашему мнению, минералы можно использовать в некоторых ранее не задействованных областях биотехнологии. Например, имеются сообщения о направленной дифференцировке стволовых клеток с помощью кристаллов апатита [18, 33]. Учитывая существование работ [28, 36, 40], посвященных проблеме индуцированной дифференцировки клеток с помощью искусственного внеклеточного матрикса, следует попробовать культивировать мезенхимальные стволовые клетки в присутствии мелко измельченных кристаллов цеолитов для получения дешевого источника остеогенного дифферона. Поверхность кристалла, по нашему мнению, должна «имитировать» нормальный внеклеточный матрикс костной ткани.

Учитывая имеющиеся сообщения о положительном влиянии цеолитов на бактерии, обитающие в человеческом кишечнике [45], имеет смысл изучить возможность совместного применения цеолитов разных месторождений и культур бифидо- и лактобактерий с последующим созданием биологически активных добавок. Такие прецеденты уже существуют, например, Бактистатин. Нами получены результаты, свидетельствующие о неоднозначном влиянии разных видов цеолитов на культуру E. coli и St. aureus . Например, цеолиты Вангинского и Лютог-ского месторождений обладают выраженным антимикробным действием по отношению к этим двум видам микроорганизмов, тогда как цеолиты Куликовского месторождения таким эффектом не обладают.

Вывод: принимая во внимание огромный объем работы, проделанной разными исследователями в области изучения биологических эффектов цеолитов, необходимо использовать накопленные знания о взаимодействии живых организмов и цеолитов в биотехнологии, практической ветеринарии и медицине.