Высокогидроксилированные фуллеренолы С₆₀(OH) ₃₆ как потенциальные загрязнители окружающей среды: оценка антиоксидантной активности в клетках печени

Целью данной работы было исследование антиоксидантных свойств
фуллеренола С60(OH)36 в различных модельных системах in vitro, а также оценка протекторной эффективности фуллеренола в отношении белков и липидов гомогенатов печени.
Эксперименты проводились на гомогенатах печени белых лабораторных крыс. На первоначальном этапе оценивалась антиоксидантная активность фуллеренола в различных концентрациях (от 1∙10‐5 до 0,2 мг/мл). Поскольку в системе аутоокисления адреналина достаточно высокую антиоксидантную активность показала концентрация фуллеренола 0,001 мг/мл, мы использовали ее для исследования антиоксидантной активности в других модельных системах, в которых проводилась искусственная индукция окислительного стресса.
В дальнейшем в каждой модельной системе были получены контрольные значения, относительно которых судили об эффективности действия фуллеренола в качестве антиоксиданта. Оценивалась протекторная эффективность фуллеренола в отношении белков и липидов гомогенатов печени. Также проведено исследование исследование влияния фуллеренола на активность фермента супероксиддисмутазы. На модельной системе было показано, что фуллеренол предотвращает окислительные повреждения липидов.
Исследование интенсивности окислительной модификации белков в модельной системе Fe+2/Н2О2 (среда Фентона) показало, что фуллеренол эффективно снижал прирост карбонильных групп. С60(ОН)36 в концентрации 0,001 мг/мл снижал уровень генерации АФК (активные формы кислорода) в митохондриях печени крыс, что выражалось в падении интенсивности флуоресценции АФК‐чувствительного зонда.

1. Sanchís J., Berrojalbiz N., Caballero G., Dachs J., Farré M., Barceló D. Occurrence of aerosol‐bound fullerenes in the Mediterranean Sea atmosphere // Environmental science & technology. 2012. V. 46 (3). P. 1335–1343.

2. Navarro D.A., Kookana R.S., Kirby J.K., Martin S.M., Shareef A., Du J., McLaughlin M.J. Behaviour of fullerenes (C60) in the terrestrial environment: potential release from biosolids-amended soils // Journal of hazardous materials. 2013. V. 262. P. 496–503.

3. Navarro D.A., Kookana R.S., McLaughlin M. J., Kirby J.K. Fullerol as a potential pathway for mineralization of fullerene nanoparticles in biosolid-amended soils // Environmental Science & Technology Letters. 2016. V. 3 (1). P. 7–12.

4. Yu Y., Liu S., Yang L., Song P., Liu Z., Liu X., Yan X., Dong Q. Roles of reactive oxygen species in inflammation and cancer // MedComm. 2024. V. 5(4). Article ID: e519. DOI: 10.1002/mco2.519

5. Bardaweel S.K., Gul M., Alzweiri M., Ishaqat A., ALSalamat H.A., Bashatwah R.M. Reactive Oxygen Species: the Dual Role in Physiological and Pathological Conditions of the Human Body // Eurasian J Med. 2018. V. 50(3). P. 193–201. https://doi.org/10.5152/eurasianjmed.2018.17397

6. Zhao Y., Shen X., Ma R., Hou Y., Qian Y., Fan C. Biological and biocompatible characteristics of fullerenols nanomaterials for tissue engineering // Histol. Histopathol. 2021. V. 18316. P. 456–477 https://doi.org/10.14670/HH-18-316

7. Xu P.Y., Li X.Q., Chen W.G., Deng L.L., Tan Y.Z., Zhang Q., Xie S.Y., Zheng L.S. Progress in Antiviral Fullerene Research // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 67–73.

8. Bolshakova O.I., Borisenkova A.A., Golomidov I.M., Komissarov A.E., Slobodina A.D., Ryabova E. V., Ryabokon I.S., Latypova E.M., Slepneva E.E., Sarantseva S.V. Fullerenols Prevent Neuron Death and Reduce Oxidative Stress in Drosophila Huntington’s Disease Model // Cells. 2023. V. 12. P. 56–63. https://doi.org/10.3390/cells12010170

9. Tang J., Chen Z., Sun B., Dong J., Liu J., Zhou H., Wang L., Bai R., Miao Q., Zhao Y., et al. Polyhydroxylated Fullerenols Regulate Macrophage for Cancer Adoptive Immunotherapy and Greatly Inhibit the Tumor Metastasis // Nanomedicine. 2016. V. 12. Iss. 4. P. 945–954. https://doi.org/10.1016/j.nano.2015.11.021

10. Caldeira D. de A.F., Mesquita F.M., Pinheiro F.G., Oliveira D.F., Oliveira L.F.S., Nascimento J.H.M., Takiya C.M., Maciel L., Zin W.A. Acute Exposure to C60 Fullerene Damages Pulmonary Mitochondrial Function and Mechanics // Nanotoxicology. 2021. V. 15. Iss. 3. P. 352– 365. https://doi.org/10.1080/17435390.2020.1863498

11. Saitoh Y., Miyanishi A., Mizuno H., Kato S., Aoshima H., Kokubo K., Miwa N. Super-Highly Hydroxylated Fullerene Derivative Protects Human Keratinocytes from UV-Induced Cell Injuries Together with the Decreases in Intracellular ROS Generation and DNA Damages // J Photochem Photobiol. 2011. V. 102. Iss. 1. P. 69–76. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2010.09.006

12. Chen X., Yang J., Li M., Zhu S., Zhao M., Yang C., Liu B., Gao H., Lu A., Ge L., et al. Fullerenol Protects Cornea from Ultraviolet B Exposure // Redox Biol. 2022 V. 54. Article ID: 102360. https://doi.org/doi:10.1016/j.redox.2022.102360

13. Bogdanovic V., Stankov K., Nikolic A., Icevic I., Solajic S., Bogdanovic G., Djordjevic A. The Influence of Fullerenol on Antioxidative Enzyme Activity in Irradiated Human Erythroleukemic Cell Line (K562) // Hem Ind. 2007. V. 61. Iss. 3. P. 164–166. https://doi.org/10.2298/hemind0703164b

14. Wang C., Zhao M., Xie J., Ji C., Leng Z., Gu Z. Fullerenol nano- Montmorillonite Nanocomposite as an Efficient Radioprotective Agent for Ameliorating Radioactive Duodenal Injury // Chemical Engineering Journal. 2022.V. 427. Article ID: 131725. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131725

15. Grebowski J., Kazmierska-Grebowska P., Cichon N., Piotrowski P., Litwinienko G. The Effect of Fullerenol C60(OH)36 on the Antioxidant Defense System in Erythrocytes // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 23(119). Iss. 1. https://doi.org/10.3390/ijms23010119

16. Grebowski J., Konopko A., Krokosz A., DiLabio G.A., Litwinienko G. Antioxidant Activity of Highly Hydroxylated Fullerene C60 and Its Interactions with the Analogue of α-Tocopherol // Free Radic Biol Med. 2020. V. 160. P. 734–744. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.08.017

17. Kovel E.S., Sachkova A.S., Vnukova N.G., Churilov G.N., Knyazeva E.M., Kudryasheva N.S. Antioxidant Activity and Toxicity of Fullerenols via Bioluminescence Signaling: Role of Oxygen Substituents // Int J Mol Sci. 2019. V. 20. Iss. 9. Article ID: 2324. https://doi.org/10.3390/ijms20092324

18. Kovel E.S., Kicheeva A.G., Vnukova N.G., Churilov G.N., Stepin E.A., Kudryasheva N.S. Toxicity and Antioxidant Activity of Fullerenol C60,70 with Low Number of Oxygen Substituents // Int J Mol Sci. 2021. V. 22. Iss. 12. Article ID: 6382. https://doi.org/10.3390/ijms22126382

19. Markelić M., Drača D., Krajnović T., Jović Z., Vuksanović M., Koruga D., Mijatović S., Maksimović-Ivanić D. Combined Action of Hyper- Harmonized Hydroxylated Fullerene Water Complex and Hyperpolarized Light Leads to Melanoma Cell Reprogramming In Vitro // Nanomaterials. 2022. V. 12. Iss. 8. https://doi.org/10.3390/nano12081331

20. Sergeeva V., Kraevaya O.A., Ershova E., Kameneva L., Malinovskaya E., Dolgikh O., Konkova M., Voronov I., Zhilenkov A., Veiko N., et al. Antioxidant properties of fullerene derivatives depend on their chemical structure: A study of two fullerene derivatives on HELFs // Oxid. Med. Cell. Longev. 2019. Iss. 1. Article ID: 4398695. https://doi.org/10.1155/2019/4398695

21. Кукалия О.Н., Мещеряков А.А., Юрьев Г.О., Андоскин П.А., Семенов К.Н., Молчанов О.Е., Майстренко Д.Н., Мурин И.В., Шаройко В.В. Перспективы применения водорастворимых производных легких фуллеренов в медицине // Трансляционная медицина. 2023. Т. 10(6). С. 507–521. https://doi.org/10.18705/2311-4495-2023-10-6-507-521

22. Borisenkova A.A., Eropkin M.Y., Konovalova N.I., Titova A.V., Markova M.A., Lyutova Z.B., Mazur A.S., Sedov V.P., Orlova V.A., Lykholay A.N., Orlova D.N., Arutyunyan A.V. Fullerenol C60 (OH) 36: Antioxidant, Cytoprotective, Anti-Influenza Virus Activity, and Self- Assembly in Aqueous Solutions and Cell Culture Media // Antioxidants. 2024. V. 13(12). P. 1525–1530.

23. Djafarzadeh S., Jakob S.M. Isolation of Intact Mitochondria from Skeletal Muscle by Differential Centrifugation for High-resolution Respirometry Measurements // J Vis Exp. 2017. V. 8(121). Article ID: e55251. https://doi.org/10.3791/55251

24. Мустафакулов М.А., Набиев А.Х., Абдулладжанова Н.Г., Матчанов А.Д., Тухтаева С. Изучение антиоксидантной и антирадикальной активности листьев Isatis tinctoria L // Universum: химия и биология. 2022. Т. 15. N 7. С. 40–44.

25. Лысакова Т.И. Влияние факторов ишемического повреждения на перекисное окисление липидов в синаптосомах мозга крыс // Биофизика. 1997. Т. 42. N 2. С. 408–411.

26. Сирота Т.В. Использование нитросинего тетразолия в реакции автоокисления адреналина для определения активности супероксиддисмутазы // Биомедицинская химия. 2013. Т. 59. N 4. С. 399–410.

27. Torres-Cuevas I., Parra-Llorca A., Sánchez-Illana A., Nuñez-Ramiro A. Oxy-gen and oxidative stress in the perinatal period // Redox Biology. 2017. V. 12. P. 674–681.

28. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Free Radicals in Biology and Medicine. 4th Edition, Oxford University Press, Oxford. 2006. V. 14.

29. Imai H., Nakagawa Y. Biological significance of phospholipids hydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPx, GPx4) in mammalian cells // Free Radical Biology and Med-icine. 2003. V. 34. P. 145–169.

30. Дубинина Е.Е. Продукты кислородного обмена в функциональной активности клеток: (жизнь и смерть, созидание и разрушение) // Физиологические и клинико-биохимические аспекты. СПб.: Медицинская пресса, 2006. Т. 397. С. 95–102.

31. Kalyanaraman B., Darley-Usmar V., Davies K.J., Dennery P.A., Forman H.J., Gri-sham M.B., Mann G.E., Moore K., Roberts L.J., Ischiropoulos H. Measuring reactive oxygen and nitrogen species with fluorescent probes: challenges and limitations // Free Radic Biol Med. 2012. V. 52(1). P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2011.09.030

32. Fileti E.E., Rivelino R., Mota F.D., Malaspina T. Effects of hydroxyl group distribution on the reactivity, stability and optical properties of fullerenols // Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 509–801.