ナノ構造炭素材料「フラーレン」の発見は、ナノ研究の世界で広く受け入れられているグラフェンのようなナノ炭素材料の新しい代替品として浮上しています。 Kroto らによるこの新しいナノ材料の出現。 1985 年には、センサー、太陽光発電、触媒作用、エレクトロニクスなどのさまざまなアプリケーションで大きなスペースを占める機会が与えられました。グラファイトのレーザー気化によって 60 個の炭素クラスターが形成されると、それらは「バックミンスター フラーレン」または単に「バッキー ボール」と呼ばれます。
C60 フラーレンの独自性は、12 個の五角形と 20 個の六角形のリング構造を持つ切頭正 20 面体であるその分子構成に依存しています (1)。フラーレンの炭素原子が対称的に配置されている結果としての極端な安定性により、フラーレンは薬物送達剤、バイオイメージングプローブ、組織工学の足場などとしての生物医学的用途に適しています.バックミンスターフラーレン、またはC60フラーレンは、フラーレンファミリー。フラーレン基は同様の構造を持っていますが、炭素原子の数が異なります。生物医学的応用においてフラーレンが注目されている主な分野は、生物学的システムでフラーレンが示す抗酸化能です。
ミトコンドリア呼吸の一部としての酸化還元反応は、フリーラジカルが細胞内で広範囲に生成および伝播する主要な反応を構成します。これらの非常に活性な酸素種を除去する分子は、細胞の生存率を向上させることができます。特別に配置された炭素原子を持つフラーレンは、ミトコンドリア区画内で伝播する電子伝達連鎖反応を切り離すのに十分です。特徴的な 60 炭素配列は、微生物の保護脂質二重層と膜構造の破壊を介して、フラーレンに抗菌特性を与えます。同様に、フラーレンのバッキーボール構造内に金属イオンをドーピングして造影剤として使用します。バイオイメージングでは、DNA 結合能を持つフラーレン結合体への光照射が抗がん剤としてよく使用されます (2) (図 1)。
これらの利点を考慮しながら、フラーレン C60 の主な欠点を指摘することが重要です。たとえば、生物学的システムへの適用を制限する疎水性などです。研究者は、フラーレンを表面にさまざまな親水性部分で機能化することにより、この問題を克服しました (3)。その結果、水溶性フラーレンは、骨粗鬆症の治療薬として、またがん治療における標的薬物/遺伝子送達薬として確立されました。
ナノテクノロジー研究の進歩は、途方もない生物医学的用途を持つ材料の開発につながりました。しかし、これらを医薬品として利用するには、生物や環境への毒性を十分に検討する必要があります。多くの研究で生体系におけるナノ粒子の一般的な毒性が報告されていますが、物理化学的特性のメカニズムと役割については依然として論争が続いています。ナノサイズの物質のほとんどが生物系に毒性を誘発する方法は、原形質膜との直接的な相互作用とそれに伴う膜保護ユニットの破壊によるものです.
別の概念では、粒子がエンドサイトーシス機構を介して細胞内に取り込まれる場合、それらは細胞質に分布し、細胞小器官との相互作用にアクセスします。微調整されたナノ粒子の一部は、核膜を通過し、遺伝物質への損傷を誘発することさえあります (4)。したがって、合成物質の毒性学的評価に注意を払い、医療用途に使用する前にその安全性を証明する必要があります。本研究は、デキストラン官能化フラーレン C60 (Dex-F60) とチャイニーズハムスター卵巣細胞株 (CHO) との相互作用に取り組んでいます。
この研究は、親水性ポリマーであるデキストランを使用したフラーレン C60 の機能化と、TEM イメージングと FTIR 分析を使用した修飾された材料の特徴付けから始まります。その後、CHO細胞を用いたDex-F60の詳細な毒性プロファイリングが実施されました。ミトコンドリアの還元能およびリソソーム内在化に関する細胞生存率は、CHO 細胞による Dex-F60 曝露の 24 時間後に評価されました。一般に、ナノ化合物は、ミトコンドリアの膜電位をそらし、フリーラジカルの進化を加速するため、細胞内に酸化ストレスを発生させます。本研究では、Dex-F60 相互作用後の細胞質におけるフリーラジカル生成の増加が報告されています。フリーラジカルの生成は、CHO 細胞に曝露した Dex-F60 粒子の濃度に依存することがわかりました。ただし、細胞骨格の完全性とオルガネラ機能は、この研究に使用された特定の濃度で Dex-F60 の影響を受けませんでした。 Dex-F60が核対応物に深刻な影響を与える可能性も、DAPI染色とDNAラダーアッセイを使用して調査されました。 Dex-F60相互作用後にシステムに存在する生/死細胞の数を確認するために、フローサイトメトリーも実施しました。 Dex-F60の存在下では、核崩壊およびアポトーシス細胞死は見られませんでした。この研究の主な所見を図 2 に示します。
研究全体は、デキストランで安定化されたフラーレン C60 がナノ医療の分野で間違いなく輝くことができる生体適合性材料であるという考えで結論付けられました.
