Биологически активные ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза

 

Изобретение может быть использовано в медицине, а именно относится к применению ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза в качестве вещества, проявляющего противоопухолевую активность. Изобретение может применяться при лечении злокачественных новообразований в целях предотвращения мутагенности лекарственных препаратов, не снижая их терапевтического эффекта. 4 табл.

Изобретение относится к новому применению нановещества - ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза (УДА) и касается применения УДА в качестве вещества, проявляющего биологическую активность.

Классические алмазы (природные, статического или динамического синтеза), обладая, как правило, совершенной тетраэдрической кристаллической структурой (sp³- гибридизация атомов углерода), имеют чрезвычайно высокие физико-механические, теплофизические и электрофизические характеристики. В то же время алмаз - образец химической инертности в нормальных условиях к любым химическим и биохимическим реагентам. Алмазы не токсичны, не канцерогенны и не мутагенны [Физические свойства алмаза, справочник, под ред. Н.В. Новикова, Киев, Наукова думка, 1987]. Алмазы нерастворимы ни в каких средах. Использование алмазов в медицинской практике и их биологическая активность не известны.

Задача предлагаемого изобретения - установление нового применения УДА, а именно возможность использования УДА в качестве вещества, проявляющего биологическую активность.

Предложено применение УДА детонационного синтеза в качестве вещества, проявляющего биологическую активность.

Известно применение УДА детонационного синтеза в качестве активной добавки в композиционных электрохимических металл-алмазных покрытиях [В.Ю. Долматов, Г.К. Буркат "Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза, как основа нового класса композиционных металл-алмазных гальванических покрытий", Сверхтвердые материалы, 2000, 1, с.84-95], в полимералмазных композициях [Пат. РФ 2100389, С 08 L 27/16. Долматов В.Ю., Возняковский А.П., публ., 27.12.97, БИ 36], в масляных антифрикционных присадках [Пат. РФ 2004586, С 10 V 177/00. Порохов В.С., Яценко В.А., 1992], в полировальных композициях [Пат. РФ 2082738. Губаревич Т.М., Долматов В.Ю., 1993].

УДА получают путем детонации (взрыва) специальных смесевых взрывчатых веществ (ВВ), обладающих избытком атомов углерода (по отношению к окислителю) в молекуле ВВ, в неокислительной среде (газовой, жидкой, твердой) [А.Н. Лямкин, Е.А. Петров и др. Получение алмазов из взрывчатых веществ, ДАН СССР, 1988, т. 302, с. 611-613]. Получаемая после взрыва алмазная шихта содержит 30-60 мас.% алмазов с размером 1-120 нм (средний размер 4-6 нм) и подвергается затем химической очистке, самой совершенной из которых является окисление неалмазного углерода (35-65 мас.%) и растворение металлсодержащих примесей (2-5 мас.%) в водной азотной кислоте при высоких температурах (240-260^oС) и давлении (до 100 атм) [В.Ю. Долматов, Р.Р. Сатаев и др. Химическая очистка ультрадисперсных алмазов, В сб. докл. V Всесоюзного совещания по детонации, Красноярск, 5-12 августа 1991 г., т.1, с.135; Пат. РФ 2109683, кл. С 01 В 31/06, Способ выделения синтетических ультрадисперсных алмазов, В.Ю. Долматов, В.Г. Сущев, В.А. Марчуков и др.].

Получаемые в крайне нестационарном режиме во фронте детонационной волны и в очень короткое время (менее 10^-6 с) микрокристаллы алмаза обладают большим количеством поверхностных дефектов. Из-за этого поверхностные атомы углерода кристалликов алмаза не успевают стабилизировать свою электронную оболочку стандартным образом - замыканием своих неспаренных электронов на соответствующие связи внутри кристалла с внутренними атомами углерода. Поэтому стабилизация возмущенной электронной оболочки поверхностных атомов углерода в кристалликах алмаза происходит за счет образования "бахромы" различных кислородсодержащих групп из кислорода и водорода, содержащихся в молекулах исходных ВВ [Л.В. Агибалова, В.Ю. Долматов и др. Структура суспензий ультрадисперсных алмазов взрывного синтеза. Сверхтвердые материалы, 1998, 4, с. 87-95] . Т. о. , кристаллы УДА, имея химически пассивное ядро классического кубического алмаза круглой или овальной формы без режущих кромок, в то же время имеют и достаточно химически активную (пусть в слабой форме) поверхностную "бахрому" неопасных для живого организма функциональных групп (окси-, карбокси-, карбонильные и др.) [И.И. Кулакова, В.Ю. Долматов и др. Химические свойства ультрадисперсных детонационных алмазов. Сверхтвердые материалы, 2000, 1, с.46-53]. Кроме того, каждый кристаллик УДА, имея громадное число неспаренных электронов (3-7)•10¹⁹ спин/см³ [Т.А. Начальная, В. Г. Малоголовец и др. Особенности строения и физико-механические свойства природных алмазов Украины. Сверхтвердые материалы, 2000, 1, с.46-50], представляет по сути мощный множественный радикал. УДА имеют еще ряд существенных отличий от алмазов любой другой природы. Так, в частности, УДА имеют аномально высокие адсорбционные характеристики - от 1 до 10 мкг-экв/м², очень большую удельную поверхность - до 450 м²/г. Для сравнения, самая большая удельная поверхность у алмазов (алмазы статического синтеза марки АСМ 1/0) равна лишь 13,5 м²/г [Т.Н. Барушкина, В.Г. Алейников и др. Химическое модифицирование поверхности алмаза озоном. Сб. науч. тр. Киев: ИСМ АН УССР, 1990, с.41-48]. Если обычный алмаз является диамагнетиком с постоянной величиной магнитной восприимчивости χ = -0,62•10^-8 м³/кг, то у УДА эта величина может иметь χ --> 0 [Г.П. Богатырева, М.Н. Волошин и др. Поверхностные и электрофизические свойства наноалмаза детонационного синтеза. Сверхтвердые материалы, 1999, 6, с.42-46]. Если электрофоретический заряд поверхности у алмазов марки АСМ 1/0 равен минус 6,53 мДж/моль, то у УДА эта величина равна минус 78,44 мДж/моль [Г.П. Богатырева, М.Н. Волошина. Характеристика и некоторые свойства алмазных порошков, получаемых с использованием технологии взрыва. Сверхтвердые материалы, 1998, 4, с.82-87].

Нами проведено определение острой токсичности УДА при оральном пути их поступления. УДА вводили белым беспородным крысам-самцам (всего 96 особей) в виде 10%-ной водной суспензии.

Изучение острой токсичности проводилось по методике [В.Б. Прозоровский, М. П. Прозоровская. В кн. "Изучение экстремальных состояний", Труды Казанского мединститута, Казань, 1976, т.48, с.45-48; В.Б. Прозоровский, М.П. Прозоровская, В.М. Демченко. Фармакология и токсикология, 1978, 4, с.497-502]. В токсикологическом эксперименте доза УДА колебалась от 1000 до 7500 мг/кг. Животные во всех группах остались живы. После введения препарата во всех дозах не отмечалось видимого ухудшения состояния животных, их двигательная активность не изменялась. При повторных экспериментах результаты имели хорошую воспроизводимость. Дальнейшее увеличение дозы вводимого вещества решено было не проводить в связи с его малой токсичностью.

На основании проведенных экспериментов можно заключить, что DL₅₀ (пероральное) более 7500 мг/кг.

По классификации токсичности вредных веществ [С.Д. Заугольников, М.М. Качанов, А.О. Лойт, И.И. Ставчанский. Экспрессные методы определения токсичности и опасности химических веществ, Л.: Медицина, 1978, 182 с.] УДА можно отнести к IV классу "малотоксичные вещества", разряд токсичности - седьмой.

В соответствии с данной классификацией для вещества IV класса, 7 разряда токсичности средняя смертельная концентрация (ингаляция) СL₅₀ составляет 81-160 мг/л; ориентировочные значения ПДК 300-500 мг/м³, установленные ПДК в воздухе производственных помещений более 100 мг/м³.

Согласно ["Вредные вещества в промышленности". Неорганические соединения элементов I-IV групп. Справочник под ред. В.А. Филова, Л.: Химия, 1988, с. 300], природные и искусственные алмазы также относятся к IV классу опасности и согласно ГOСТ 12.1.007-76 среднесмертельная доза этих малотоксичных веществ (при введении в желудок) DL₅₀ превышает 5000 м²/кг.

По данным ["Алмаз синтетический детонационный ультрадисперсный". РФЯЦ-ВНИИТФ, г. Снежинск (Челябинск-70), 1992] , УДА нетоксичны, химически инертны, радиационно безопасны.

Нижеследующие примеры поясняют суть предлагаемого изобретения.

Пример 1.

Влияние УДА на частоту спонтанного уровня мутаций и на продолжительность жизни животных, которым было привито 6•10⁶ клеток асцитной карциомы Эрлиха (АКЭ), изучено на мышах линии Af, т.к. мыши являются самой распространенной моделью, на которой интенсивно обследуется действие ионизирующих изучений и других техногенных факторов на генетические эффекты и с которой полученные данные экстраполируются на человека.

Показано, что 2,5-3%-ная водная суспензия УДА (очень высокая концентрация наноалмазов производства ЗАО "Алмазный Центр") не обладает мутагенными свойствами в половых клетках мышей (см. табл.1) и на 38% продлевает жизнь мышам, зараженным АКЭ (см. табл.2 и 3). До самой смерти мыши, получившие однократную дозу водной суспензии УДА, вели подвижный и достаточно активный образ жизни по сравнению с контрольными животными, которым УДА не вводили.

Примечание: в задачу исследований входило изучение мутагенного влияния УДА на мутационный процесс в половых клетках мышей (т.е., вызывают ли изучаемые вещества хромосомные перестройки в половых клетках). Исследования проводили на белых мышах - самцах линии Аf массой 18-20 г. Сухие УДА разводили крахмальным гелем и вводили в/ж через зонд. Интактным мышам - только крахмальный гель. Исследовали реципирокные транслокации (перестройки, аберрации), индуцированные (вызванные) УДА в сперматоцитах мышей (по методу цитологического анализа хромосом, описанного А.П. Дыбаном). Показано, что в III, IV сериях при пероральном введении УДА в исследованных концентрациях (50 мг/кг) не обладают мутагенными свойствами, т.к. спонтанный уровень мутирования данного типа аберрации в половых клетках мышей по лит. данным допустим до 0,56%. В I, II сериях наблюдалось существенное увеличение выходной аберрации по сравнению с интактными мышами (с 0,22 до 1,0% (I), 0,72% (II)); однако разница статически недостоверна (t=1,66 и 1,72 соответственно). Тем не менее, водные суспензии УДА даже столь высокой концентрации в 2,5-3,0 мас.% и высокого разового приема в 50 мг/кг веса определенно не обладают мутагенной активностью.

Пример 2.

Использование водных и масляных суспензий УДА для осуществления помощи онкологическим больным - добровольцам (IV стадия), которые прошли курсы химио- и радиотерапии и знали об уровне проведенных работ и их результатах, получены следующие общие результаты (см. табл.4): - существенное уменьшение или полное исчезновение ранее присутствующих сильных болей; - нормализация перестальтики кишечника, в том числе возобновление проходимости кишечника; - некоторые лежачие больные смогли вставать с постели и свободно передвигаться; - улучшились показатели крови; - в дни приема УДА у всех больных существенно изменялся характер мочи - появлялся специфический запах, менялся цвет, наблюдался усиленный вывод из организма различных токсинов; - происходила заметная активация иммунной системы и резкое усиление тяги к жизни.

Таким образом, использование УДА значительно облегчило физическое состояние смертельно больных людей.

Пример 3.

Эти же эффекты были обнаружены и у умирающих от онкологических заболеваний собак при приеме суспензии УДА: исчезновение или резкое уменьшение болей (при пероральном приеме УДА-суспензии собаки прекращали выть и стонать), появление ранее полностью отсутствующего аппетита, нормализация перестальтики кишечника, усиление иммунной системы.

Аналогов по комплексному воздействию УДА на организм с учетом физического состояния наноалмаза - нерастворимого твердого порошка, не известно.

Применение УДА с химио-и радиотерапией может оказаться перспективным при лечении злокачественных новообразований в целях предотвращения мутагенности лекарственных препаратов, не снижая их терапевтического эффекта, а также способствуя предотвращению возникновения мутаций (в нормальных клетках и индукции вторичных опухолей при действии противоопухолевых препаратов).

Формула изобретения

Применение ультрадисперсных алмазов детонационного синтеза в качестве вещества, проявляющего противоопухолевую активность.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8