Первая международная конференция по гуминовым инновационным технологиям (ГИТ) «Природные и синтетические полифункциональные соединения и наноматериалы в медицине и биомедицинских технологиях» 4-8 ноября 2010 г., МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Протокол заключительной дискуссии (panel discussion)
(cоставлен И.Ю. Вашуриной)
Вступительное слово И.В. Перминовой, выразившей искреннюю признательность всем участникам конференции за глубокие и интересные доклады, и предложившей задавать вопросы докладчикам.
Кривцов Г.Г. (вопрос Степченко Л.М.)
Представленные результаты говорят о серьезном влиянии ГВ на гомеостаз. Однако, для более корректной оценки, на мой взгляд, необходимы более детальные и более узко направленные эксперименты. Планируются ли такие?
Степченко Л.М. (ответ Кривцову Г.Г.)
Запланирована работа в двух направлениях: первое — создание новых препаратов более узкого, специфического действия, второе — поиск в сотрудничестве с учеными-химиками гуминовых веществ или их фракций, оказывающих не только стимулирующий, но и ингибирующий эффекты (в частности, для применения в сельском хозяйстве).
Гебефюги И. (мнение)
Складывается впечатление, что гуминовые вещества - уникальные многофункциональные соединения, которые в перспективе могут рассматриваться как молекулярные матрицы для связывания и доставки активных веществ (прежде всего, лекарственных) к их мишеням в организме. При этом активные вещества могут находиться в наноформе.
Безуглов В.В. (мнение)
Гуминовые вещества представляют собой молекулярный континуум, в котором можно выделить константную и вариабельную части. Традиционные подходы структурно-функционального анализа, нацеленные на однозначно определенные структуры, к гуминовым веществам не подходят. Здесь требуется разработка новых методологических подходов. Одним из таких подходов может быть информационный, при котором взаимодействие ГВ с объектом рассматривается, прежде всего, как обмен информацией в структуре, представленной набором сигнатур. На физическом уровне это взаимодействие, возможно, реализуется через магнитные свойства протонов, механизм осуществления которого предложен О.Н. Александровой.
Абоймов Ю.В. (вопрос Степченко Л.М.)
Как можно оценить биологическую активность гуматов?
Степченко Л.М. (ответ Абоймову Ю.В.)
Нами разработана скрининговая система, состоящая из набора биотестов на клеточных организмах, растениях и животных. Эта система была кратко представлена в состоявшемся докладе. Все методики опубликованы в открытой печати.
Перминова И.В. (вопрос Жернову Ю.В.)
В Вашем докладе отражено влияние на организмы чистых гуминовых веществ (и их фракций), а также соединений ГВ с металлами. Чем это обусловлено?
Жернов Ю.В. (ответ Перминовой И.В.)
Наша стратегия по созданию новых химиотерапевтических препаратов на базе ГВ базируется на гипотезе о взаимодействии гуминовых веществ с клеточной стенкой бактерий. При связывании соединений, обладающих цитолитической активностью, с гуминовыми веществами, последние будут играть роль «переносчиков», доставляя цитолитики к их мишеням в организме больного.
Петросян В.С. (вопрос Жернову Ю.В.)
Если взять серебро или ртуть в составе таких неорганических солей как нитрат серебра или сульфат ртути, то они сами по себе будут играть роль лизирующих элементов, уничтожающих патогенные микроорганизмы. Какой смысл применения этих элементов совместно с ГВ?
Жернов Ю.В. (ответ Петросяну В.С.)
Действительно, указанные элементы являются известными биоцидами, однако эффект подавления ими роста бактерий заметно ниже, чем при их использовании совместно с ГВ. Кроме того, связывание катионов упомянутых токсичных металлов с гуминовыми веществами снижает их токсичность. Таким образом, одновременно достигаются две цели — снижение токсичности препаратов и повышение эффективности их действия в отношении патогенных бактерий.
Петросян В.С. (вопрос Жернову Ю.В.)
Можно ли, на Ваш взгляд, говорить о синергизме в действии катионов металлов и ГВ?
Жернов Ю.В. (ответ Петросяну В.С.)
Не исключено. Как известно, к ионам металлов микроорганизмы довольно быстро вырабатывают резистентность, а в системах металл — гуминовые вещества такого не происходит.
Кривцов Г.Г. (мнение)
Токсичные металлы активируют ферменты, связываясь с -SH группой. Следовательно, взаимодействие металла с ГВ неизбежно повлияет на функционирование фермента. Так например, для хитозана показано, что связывание токсичного металла в составе препарата органическими лигандами дает возможность значительно снизить терапевтическую дозу препарата.
Петросян В.С. (вопрос Жернову Ю.В.)
На чем основано Ваше мнение о том, что серебро, не образующее ионных связей с группами в составе гуминовых кислот, проходит внутрь агрегата? Оно не выдерживает никакой критики с позиций координационной химии.
Жернов Ю.В. (ответ Петросяну В.С.)
Рентгенографические исследования показывают, что наыщение гуминовых веществ ионами серебра составляет 50%. Это намного больше, чем содержание кислородных центров в гуматах. Именно поэтому мы полагаем, что гуминовые вещества сорбируют серебро.
Куликова Н.А. (вопросы Жернову Ю.В.)
1) Для стерилизации ГВ Вами использовано УФ-облучение. Как доказывалось, что сами ГВ при этом не менялись?
2) Чем объясняется различие в действии ГВ на грамположительные и грамотрицательные бактерии?
Жернов Ю.В. (ответы Куликовой Н.А.)
1) После облучения ГВ не анализировались. Понимая, что под действием света они действительно могут меняться, в последующих экспериментах мы планируем очищать ГВ от бактериальной обсемененности фильтрованием.
2) Мы связываем взаимодействие ГВ с бактериями с наличием в их клеточной мембране тейхоевых кислот, которые, по нашему мнению, являются своего рода рецепторами ГВ. Поэтому ГВ не взаимодействуют с грамотрицательными бактериями, мембрана которых лишена тейхоевых кислот, и взаимодействуют с грамположительными, поскольку в их мембранах таковые присутствуют. Очевидно, далее в клетку ГВ попадают по механизму фагоцитоза.
Перминова И.В. (вопрос Александровой О.Н.)
Объясните, пожалуйста, почему Вы говорите о влиянии ГВ на агрегацию эритроцитов?
Александрова О.Н. (ответ Перминовой И.В.)
Разработанная модель отражает принципиальное различие между молекулами или ассоциатами ГВ в растворе и их мицеллами. Мицелла — коллоидная частица сферической формы, несущая на поверхности заряд (в данном случае — отрицательный) и окруженная «шубой» из молекул воды. Именно заряд определяет дезагрегирующее действие ГВ в отношении эритроцитов. Это действие реализуется тогда, когда масса ГВ в ассоциате достигает некоего критического значения, и в растворе появляются мицеллы.
Канавати Б. (вопросы Александровой О.Н.)
1) Как можно измерить взаимодействие дипольного момента протона с магнитным полем карбоксильной группы, приводящее к возникновению парамагнетизма системы и появлению анизотропии?
2) Чем так важно магнитное взаимодействие протонов карбоксильных и фенольных групп?
Александрова О.Н. (ответы Канавати Б.)
1) Речь идет об эффекте Зеемана. В этой области науки сделано очень мало. Существует единственная работа, в которой вычислена тонкая структура гуминовых и фульвокислот. Однако пока остается неясным, какой эксперимент может прояснить вопрос о взаимодействии протонов и магнитных полей карбоксильных групп в структуре гуминовых веществ.
2) В магнитном поле уже налицо расщепление поля протона с полем всей структуры, то есть налицо тонкая структура поля функциональной группы. Если на нее дополнительно наложить слабое магнитное воздействие, то расщепление усиливается, становится разрешенным переход DМ=1, то есть протон еще сильнее удаляется от положения потенциальной ямы. В этом состоянии протон становится способным ориентировать подошедшую извне функциональную группу, и возникает анизотропия свойств. В сильном же магнитном поле первичное расщепление поля структуры ГВ нивелируется, и прослеженная цепочка превращений не реализуется.
Холодов В.А. (вопрос Александровой О.Н.)
Применима ли разработанная модель ко всем органическим соединениям, содержащим карбоксильные и фенольные группы или только к гуминовым веществам?
Александрова О.Н. (ответ Холодову В.А.)
Пока однозначно сказать нельзя. Изначально задача состояла в том, чтобы оценить действие растворенных органических веществ на иммобилизацию радионуклидов в связи с сильным загрязнением Уральских озер. ГВ были следующей ступенью, поскольку именно с их присутствием в водах озер связывался тот факт, что, несмотря на высокое содержание токсичных радионуклидов в воде озер, рыба там существует. Разработанная модель дает объяснение этому факту: образуя мицеллу, ГВ инкорпорирует внутри токсичные элементы, делая их недоступными для рыб, поскольку их жабры, как и мицеллы ГВ, заряжены отрицательно.
В настоящее время возникло предположение, что магнитные взаимодействия в молекулах ГВ связаны с наличием хинонных и семихинонных групп. Экспериментальная проверка этого предположения и его теоретическое рассмотрение — следующая запланированная задача.
Петросян В.С. (вопрос Александровой О.Н.)
Значит ли все сказанное, что можно добавлять ГВ в водоемы с целью сделать растворенные токсичные металлы биологически недоступными?
Александрова О.Н. (ответ Пертосяну В.С.)
Возможно, до определенного предела, поскольку, как показано моделью, при превышении некоторой концентрации ГВ мицеллы распадаются, вещество коагулирует, высвобождая инкорпорированные в мицеллах токсины.
Петросян В.С. (мнение)
Системы, содержащие токсичные металлы, нельзя использовать в качестве лекарственных препаратов. При попадании таких систем в организм они все равно в конечном итоге разрушаются, высвобождая токсичный металл.
Пигарев С.Е. (мнение)
Хорошо известно успешное использование препаратов платины в лечении рака (например, препарат цис-платин). Действительно, только токсичное соединение способно поразить раковую клетку, однако в составе медицинских препаратов токсичное действие сведено к минимуму, и при разработке новых препаратов именно этот аспект является главным. В то же время, когда больному человеку остается жить считанные месяцы или даже дни, а препарат, пусть даже в какой-то степени токсичный, позволяет продлить срок жизни на годы, его использование представляется оправданным.
Жернов Ю.В. (мнение)
В доложенных мной результатах речь пока не идет о создании новых медицинских препаратов на базе токсичных металлов и гуминовых кислот. Мы говорим об установленном химиотерапевтическом эффекте металлогуматов. Еще раз хочется подчеркнуть, что гуматы как природные лиганды очень значительно снижают токсичность металлов.
Перминова И.В. (вопрос Соколовой И.В.)
Не совсем понятна экспериментальная часть доложенной работы. Правильно ли я поняла, что в зависимости от вида применяемого источника света, можно получить разные результаты по сенсибилизации ГВ? Когда происходит детоксикация?
Соколова И.В. (ответ Перминовой И.В.)
В работе приведены разные примеры, они пока не систематизированы. Первый пример — использование ГВ для PUVA-терапии. В этом случае без УФ-облучения детоксикации не происходит. Объяснением служит появление в системе активных частиц, разрушающих органические вещества. Возможно, происходит ковалентное связывание ГВ с токсикантами.
Куликова Н.А. (вопрос Соколовой И.В.)
Часть экспериментов проведена Вами с гербицидом 2,4D. Гербицид исследовали в растворе. Что будет происходить с ним в почве, т.е. в той среде, для которой он создан и где используется?
Соколова И.В. (ответ Куликовой Н.А.)
При использовании в почве, гербициды, тем не менее, попадают в воду, вымываясь из почвы. Безусловно, использовать полученные результаты впрямую для твердой фазы нельзя. Тем не менее, скорее всего, основные закономерности, обнаруженные для растворов, сохранятся и при их использовании в почвах: свободные радикалы живут довольно долго при удачной иммобилизации в твердой матрице.
Безуглов В.В. (мнение)
Возможно, из континуума молекул, составляющих гуминовые вещества, здоровые клетки будут выбирать одни компоненты, больные — другие. Таким образом, речь может идти о функциональном питании.
Херткорн Н. (мнение)
При фракционировании ГВ по молекулярным массам и последующем тщательном исследовании фракций становится понятным, что каждая фракция состоит из соединений, очень сильно различающихся по молекулярному строению.
Петросян В.С. (мнение)
Относительно качества питьевой воды. В настоящее время в требования к бутилированной питьевой воде входят обязательное присутствие необходимых количеств ионов, а также антиоксидантов. Если ГВ способствуют выведению токсинов из организма человека, можно думать о включении ГВ в состав питьевой воды.
Куликова Н.А. (мнение)
Вопрос о систематическом употреблении ГВ совсем не так однозначен. Например, с наличием ГВ в питьевой воде связывают такое эндемичное заболевание как Black Foot Disease, встречающееся в одном из районов Южной Азии, а также Kasin Beck Disease. Безусловно, эти проблемы требуют самого тщательного и глубокого изучения.
В заключительном слове И.В. Перминова подвела итоги дискуссии, выделив главное:
- Дискуссия продемонстрировала высокую целесообразность объединения в рамках научных форумов по проблемам ГВ специалистов, работающих в различных сферах науки, — физиков, химиков, биологов, медиков, математиков. Можно констатировать, что в науке о гуминовых веществах начался новый этап — этап совместного творчества в познании строения, свойств и природы биологической и физиологической активности гуминовых соединений.
- Остро встал вопрос о бифункциональном характере ГВ, проявляющимся в их разнонаправленной физиологической активности (детоксифицирующее и токсичное действие, стимулирование и ингибирование процессов в живых организмах). Очевидна актуальность исследований этого аспекта поведения ГВ, особенно в свете создания новых препаратов медицинского действия на их основе.
- Впервые в развитии науки о гуминовых веществах предложены физико-математические модели ГВ, позволяющие вскрыть новые практически значимые свойства этих соединений, в частности, наличие двух концентраций, соответствующих критическим состояниям ГВ (концентрация мицеллообразования и концентрация, соответствующая началу флокуляции). Полученные знания открывают новые возможности в понимании механизмов биологической и физиологической активности ГВ, которые должны быть использованы при дизайне лекарственных препаратов.
- Гуминовые вещества представляют собой молекулярный континуум, поэтому традиционные подходы структурно-функционального анализа, нацеленные на однозначно определенные структуры, к гуминовым веществам не подходят. Здесь требуется разработка новых методологических подходов. Одним из таких подходов может быть информационный, при котором взаимодействие ГВ с объектом рассматривается, прежде всего, как обмен информацией в структуре, представленной набором сигнатур. На физическом уровне это взаимодействие, возможно, реализуется через магнитные свойства.