Ученые из Центра прикладной физики Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова ОИЯИ с коллегами из Армении и Южной Африки создали материал, способный подавлять активность вирусов. Для этого авторы нанесли на полимерную фильтрационную мембрану с крупными порами наночастицы серебра, соединенные с куркумином. Разработка может использоваться, например, для фильтрации воды от бактерий и вирусов, чтобы сделать ее пригодной для питья, или в качестве барьерного материала в медицине. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.

Рисунок 1. Микрофотография поверхности мембраны, полученная на растровом электронном микроскопе. На снимке видна пора и наночастицы серебра, осажденные на мембране. Источник: Елена Завьялова

Обеззаразить воду — удалить из нее бактерии и вирусы — можно с помощью мембран — тонких полимерных пленок с порами, которые, подобно ситу, пропускают жидкость, но удерживают микроорганизмы или вирусы. Однако у этого метода есть недостаток: если поры слишком малы и соизмеримы с размерами вирусов, то фильтрация идет очень медленно, и очистка воды становится долгим и неэффективным процессом. Поэтому ученые стремятся создать быстро фильтрующие мембраны с крупными порами (в несколько раз больше размеров вирусов), которые бы при этом подавляли активность вирусных частиц. В таком случае вирусы, хотя и смогут проходить через материал, потеряют способность инфицировать клетки. При этом очистка и стерилизация воды от бактерий, клетки которых больше размера пор, будет происходит механически, как через сито.

Международная команда ученых обнаружила, что, если на мембрану с порами, диаметр которых больше размера вирусов, нанести вещества, обладающие нужными биохимическими свойствами, — проходящие через нее вирусы ингибируются, то есть теряют способность проникать в клетку, связываясь с клеточными рецепторами. После этого вирус не может размножаться и захватывать новые клетки, а значит, становится безопасным для человека.

С этой целью авторы зафиксировали на поверхности мембраны дозированные количества наночастиц серебра и куркумина. Куркумин и наночастицы серебра были выбраны на основании более ранних исследований, которые показали, что эти вещества подавляют активность вирусов различной природы, включая вирус герпеса. Кроме того, куркумин обладает антибактериальным эффектом и поэтому часто входит в состав некоторых противовоспалительных средств.

Затем через модифицированную комплексом наночастиц серебра и куркумином трековую мембрану с помощью шприца пропустили раствор с вирусными частицами. Ученые провели несколько серий экспериментов на разных вирусах: герпеса (Herpes simplex virus-1), стоматита (Vesicular stomatitis virus), гриппа (Influenza A virus), энцефаломиокардита (Encephalomyocarditis virus). Чтобы оценить эффективность работы материала, исследователи сравнивали, насколько уменьшилось количество активных вирусных частиц в растворе после его прохождения через мембрану.

Оказалось, что мембрана ингибировала 99 % частиц вируса герпеса и вируса стоматита. При этом на вирус гриппа и вирус энцефаломиокардита влияние таких мембран было слабее: в этом случае ингибировалось от 80 % до 85 % частиц. Это говорит о том, что куркумин с наночастицами серебра действует избирательно. Необычно, что несмотря на то, что поры мембраны были больше частиц вирусов, за счет нанесения смеси наночастиц серебра и куркумина обеззараживающий эффект оказался таким же сильным, как при фильтрации с мелкими порами. Это объясняется тем, что вирусы теряли способность размножаться и заражать клетки. При этом по сравнению с фильтрацией с мелкими порами этот метод на порядок быстрее и не требует использования высоких давлений. Это указывает на то, что метод подходит для более быстрого и эффективного обеззараживания воды.

«Такие обеззараживающие мембраны могут использоваться в установках для очистки воды. В персонализированной медицине возможно их применение в качестве эффективного покровного материала для ран и ожогов: на пораженные и от этого более уязвимые участки кожи не попадут вирусы и бактерии. В дальнейшем мы планируем создать композитные противовирусные и бактерицидные материалы для медицинских изделий — например, инфузионные фильтры для тонкой очистки лекарств или респираторы, — которые не нужно будет обеззараживать», — рассказывает заместитель начальника Центра прикладной физики Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова ОИЯИ кандидат химических наук Александр Нечаев.

Работы были инициированы академиком Юрием Оганесяном, в исследованиях также принимали участие ученые из Ереванского государственного университета, Института молекулярной биологии НАН РА (Армения) и Университета Нельсона Манделы (Южная Африка).

Текст подготовлен пресс-службой РНФ