Частицы нанотехнологии, заправленные в гелевое покрытие, могут предотвратить отравление смертельными фосфорорганическими соединениями в течение недели или более
В 2013 году тогдашний госсекретарь Джон Керри призвал президента Сирии Башара Асада к химическому нападению на сирийских мирных жителей, в результате которого погибло более 1400 человек. В качестве газа использовался зарин, один из классов соединений, известных как органофосфаты (ОП).
Хотя противоядия от OP, таких как зарин, доступны, быстрое действие этих нервных агентов означает, что такие меры часто приходят слишком поздно. Исследователи охотно занимались профилактикой на протяжении десятилетий, с тех пор как немецкие химики впервые разработали эту группу химических веществ перед Второй мировой войной. Первоначально они создали ОП в поисках пестицидов, производя зарин в 1938 году для этой цели. Несмотря на то, что нацистский режим вскоре обратил свое внимание на его смертельное воздействие на людей, ОП-пестициды, такие как хлорпирифос, продолжают широко использоваться сегодня во всем мире.
Около 300 000 человек ежегодно умирают от воздействия OP пестицидов, которые применяются для посева и используются в домашних ягодах плотвы и муравьев. Большинство смертей происходит в развивающихся странах среди людей, которые работают в небезопасных условиях. Некоторые исследователи в США призвали отказаться от этих химикатов из-за исследований, предполагающих вред для развития ребенка. В августе 2018 года федеральный апелляционный суд США распорядился, чтобы Агентство по охране окружающей среды запретило использование хлорпирифоса в течение 60 дней, но Министерство юстиции США потребовало пересмотра решения, поэтому запрета не было.
OP могут мешать ферментам, которые регулируют передачу сигналов нерва, используемых как насекомыми, так и людьми. Если ОП ингибирует эти холинэстеразы, мышцы, в том числе те, которые контролируют дыхание, могут в конечном итоге перестать работать. Было идентифицировано несколько молекул, которые могут либо убирать, либо разрушать OP, прежде чем они будут мешать этой передаче сигналов. Но усилия по использованию этих химических поглотителей в реальных условиях пострадали от двух основных препятствий: молекулы работают только в течение очень коротких периодов времени и имеют тенденцию вызывать нежелательный иммунный ответ.
«Наноскавгеры» Stealth - наночастицы с покрытием, предназначенные для OP - могут быть решением обеих проблем. Результаты, опубликованные 2 января в журнале Science Translational Medicine, описывают наноскавенгер, который отключает как пестицидные, так и OP-соединения нервного газа, и сохраняется гораздо дольше, чем другие кандидаты, хотя и скрытно уклоняется от иммунной системы получателя. По словам Александра Кабанова, директора Центра нанотехнологий в области доставки лекарств в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл, который не принимал участия в исследовании, из-за настойчивости и уклонения от иммунитета, вызванного наноскавенжером, результаты являются значительным шагом вперед по сравнению с предыдущей работой.
Исследователи проверили свой мусорщик против двух OP: параоксона - активного продукта расщепления паратиона OP пестицида - и зарина. Чтобы изготовить скрытую наноскавенжер, они обернули набухшее в воде гелевое покрытие вокруг фермента, удаляющего OP. Гель действует как плащ-невидимка для фермента, скрывая его от иммунной системы, но он достаточно пористый, чтобы фермент мог взаимодействовать и отключать OP.
У крыс, подвергшихся воздействию параоксона, не было никаких симптомов, если они предварительно получали инъекцию наноскавера с покрытием. Фермент - фосфорорганическая гидролаза, или OPH, который расщепляет OPs на безвредные компоненты - также работал без плаща, но только в течение нескольких коротких часов. Однако когда его укрывали гелевым покрытием, у крыс он работал целую неделю и вызывал незначительную иммунную реакцию. Учитывая эти результаты, говорит автор исследования Шаои Цзян, профессор химического машиностроения в Вашингтонском университете, ожидается, что наноскавенты несут небольшой риск. «Однако необходимы дальнейшие оценки безопасности для людей», - говорит он.
По словам Цзяна, чтобы опробовать свой наноскавенжер в борьбе с гораздо более смертоносным OP-зарином, команда обратилась к морским свинкам, которые долгое время использовались для такого типа тестирования. «Скрытый» наноскавенер также защищал животных, подвергшихся воздействию зарина, в течение более недели, отключая смертоносный OP-агент и делая его безвредным даже при многократном воздействии зарина.«Возможность защиты от воздействия ОП в течение почти недели делает этот подход практичным, когда воздействие неизбежно или вероятно», - говорит Кабанов, чья команда ранее сообщала об успешной профилактике с помощью геля, нанесенного на кожу. По его словам, гель для местного применения может служить барьером для воздействия на кожу, но «учитывая неминуемую и смертельную угрозу в случае попадания ОП внутрь тела, необходимы системные биопоглотители, подобные описанному в этой публикации».
Гражданские лица, живущие в пострадавших от войны районах, где комбатанты хотят использовать нервно-паралитический газ, военные и работники, занимающиеся пестицидами, - это лишь немногие группы населения, которые могут извлечь выгоду из длительной профилактической операции. «Расширение использования ОП-боевых действий мошенниками и террористами делает эту проблему еще более серьезной», - говорит Кабанов.
Разработанный Цзяном и его коллегами скрытный наноскавгер предназначен для одного класса OP-соединений, тогда как гель, разработанный Кабановым и его коллегами, предназначен для другого. По словам Цзяна и соавторов, конечной целью является «коктейль из нанокавенджера», который отключит широкий спектр ОП, возможно, когда-нибудь защитит от атак, подобных тому, который Асад совершил в отношении своих людей.