Ради хитозана разденем таракана

Ручкина Н.
(«ХиЖ», 2020, №1)

pic_2020_01_52.jpg

Художник П.Перевезенцев

Самый распространенный природный биополимер — целлюлоза, а второе место прочно удерживает хитин. Это основной компонент панцирей ракообразных, кутикулы насекомых и пауков, клеточных стенок грибов; он встречается у моллюсков, круглых червей и зеленых водорослей. Организмов, синтезирующих хитин, так много, и они бывают такие мелкие, что всех не пересчитать. Если бы это удалось, хитин, возможно, переместился бы на первое место.

Естественно, такой материал довольно рано привлек внимание ученых. Десятилетием позже французский химик Анри Браконно обнаружил, что грибы содержат вещество, нерастворимое в серной кислоте, и назвал его фунгином. Десятилетием позже другой французский химик, Огюст Одье, выделил из кутикулы майского жука фракцию, нерастворимую в щелочи (гидроксиде калия), которую нарек хитином — от греческого слова «хитон». Его открытие опубликовали в 1823 году. А в 1859-м третий француз, Шарль Руже, сплавил хитин с гидроксидом натрия при температуре 180 –190°С и получил хитозан. Впрочем, так полимер окрестил уже немецкий химик Феликс Гоппе-Зейлер 35 лет спустя.

Хитозан оказался уникальным соединением. Это биоактивный, биосовместимый, биоразлагаемый и нетоксичный поликатион. Неудивительно, что ему нашлось широчайшее применение, особенно в медицине. Тем более что природного сырья для получения хитозана пока хватает.

Хитозан получают из хитина, который представляет собой длинный, неразветвленный полисахарид, полимер N-ацетилглюкозамина. В щелочных условиях часть ацетильных групп отщепляется и образуется хитозан — полимер глюкозамина (2-амино-2-деоксиглюкозы). Вообще-то есть несколько способов химического и ферментативного получения хитозана, но химические дешевле всего. В любом случае реакция не проходит до конца, поэтому хитозан, строго говоря, не полимер, а семейство полимеров с разной степенью деацетилирования. Когда хитин теряет половину и более ацетильных групп, он становится растворимым в кислых водных растворах и превращается в хитозан. Обвешанный аминогруппами, он легко образует водородные связи и взаимодействует с отрицательно заряженными молекулами. В настоящее время существует более 70 направлений использования хитозана в различных отраслях промышленности, причем Россия входит в пятерку стран, лидирующих в исследовании и практическом использовании хитина и хитозана.

Нас сейчас интересует хитозан в медицине. Из него делают волокна, порошки, пленки, губки, шарики, растворы, гели и капсулы. Волокна и пленки идут на изготовление перевязочных и шовных материалов. Раневые хитозановые покрытия быстро останавливают кровотечение, поддерживают в ране оптимальный микроклимат, не дают ей мокнуть, предотвращают развитие инфекции. Эти материалы не вызывают аллергии и потихоньку разлагаются. К тому же хитозан связывает брадикинин — основной фактор, обеспечивающий болевую чувствительность, и потому смягчает боль (проверено на мышах). Ожоги, трофические язвы и пролежни при таком лечении заживают быстрее.

Хитозан уничтожает бактерии. Молекулярный механизм убийства сейчас уточняют, возможно, он не один. Скорее всего, положительно заряженные аминогруппы полимера взаимодействуют с отрицательными зарядами молекул бактериальной стенки. В результате целостность стенки нарушается и бактерия гибнет. Не исключено также, что высокомолекулярный хитозан обволакивает клеточную поверхность, не пропуская внутрь питательные вещества, а низкомолекулярный хитозан проникает в клетку, взаимодействует с ДНК и нарушает работу генов. А еще он связывает микробные токсины, что делает его прекрасным средством при остром перитоните, диарее и дисбактериозе кишечника. При этом полимер, в отличие от антибиотиков, не накапливается в организме и не подавляет иммунную систему.

Пористый биоразлагаемый хитозан не только лекарство, он еще и носитель для лекарств и просто находка для офтальмологов. Глазные капли скатываются с поверхности через несколько минут, не успевая просочиться внутрь, и цели достигает лишь 20 часть действующего вещества. А хитозановые гели на глазу задерживаются, потому что взаимодействуют с отрицательными зарядами на поверхности роговицы, конъюктивы и слезной пленки. Наночастицы хитозана с включенными в них препаратами концентрируются внутри глаза и работают дольше, чем обычные капли. Отечественные препараты на основе хитозана «Бол-хит» и «Коллахит-бол» очень хорошо помогают при ретинопатиях, некоторых видах глаукомы, улучшают гемодинамику, ускоряют заживление поврежденной роговицы.

В хитозановую оболочку можно упрятать лекарство отсроченного действия и так подгадать часы приема, что оно будет высвобождаться в определенное время, например среди ночи, когда человек спит.

Хитозановыми наночастицами начиняют даже противоопухолевые препараты, и в некоторых экспериментах на животных удалось добиться их адресной доставки, противоопухолевого эффекта и облегчения последствий химиотерапии. Наконец, имплант с лекарством можно ввести непосредственно в опухоль, эту технологию сейчас разрабатывают.

Полисульфат хитозана по строению близок к гепарину, его используют как антикоагулянт.

Полимером пользуются даже ортопеды и ортодонты. Например, самоотверждающейся пастой из гидроксиапатита, хитина и хитозана лечат костные дефекты.

Это неполный перечень всех возможностей хитозана. Некоторые препараты пока исследуют на животных, другие проходят клинические испытания, третьи успешно используют. Однако не они принесли хитозану мировую славу. Он известен как биологически активная добавка, помогающая сбросить вес.

Производители таких добавок опять-таки апеллируют к поликатионным свойствам хитозана. Взаимодействуя с отрицательно заряженными липидами, он связывает жиры в кишечнике и холестерин в плазме крови и выводит все это из организма. Теоретически такое возможно, но на практике все сложнее.

В 2008 году специалисты Оклендского университета (Новая Зеландия) проанализировали 15 исследований, в которых взрослые люди с лишним весом и ожирением принимали хитозан не менее четырех недель. В день они глотали до 15 г хитозана. Такая доза не повредила здоровью испытуемых, и это, безусловно, хорошая новость. Непохоже, чтобы хитозан активно связывал жиры. Во всяком случае, их содержание в фекалиях участников, принимавших хитозан и плацебо, не отличалось. Тем не менее хитозан позволил участникам похудеть в среднем на 1,7 кг и уменьшить содержание холестерина в крови на 0,2 ммол/л. У гипертоников еще и давление снизилось. Участники, принимавшие плацебо, таких результатов не добились. Однако новозеландские ученые отмечают, что качество многих исследований оставляет желать лучшего: они были краткосрочными, малочисленными и не учитывали побочных эффектов. Чем больше было испытуемых и чем дольше они принимали хитозан, тем меньше жира и холестерина потеряли. При шестимесячном курсе разница между опытной и контрольной группой не превышала 600 г. Авторы обзора пришли к заключению, что влияние хитозана на вес тела минимально и не имеет клинического значения.

Вообще-то хитозан и не может уменьшить вес: он ведь связывает жир в кишечнике, а не выдавливает его из адипоцитов (жировых клеток). Скорее, он помешает еще больше пополнеть, но набранные килограммы останутся при владельце.

Этот вывод подтверждает недавнее исследование китайских ученых, выполненное на 48 мышах. Животных кормили жирной или нежирной пищей, кроме того, 5% рациона составляли целлюлоза или хитозан. Спустя 30 дней мыши, рацион которых на треть состоял из жиров, изрядно растолстели, однако те из них, кто ел хитозан, набрали примерно вдвое меньший вес, и адипоциты у них были мельче. Хитозан действительно предотвратил жировую гипертрофию.

Ожирение тесно связано с изменением кишечной микробиоты. Изначально ее состав у всех мышей был одинаковым, однако в ходе эксперимента все более различался. Чем дольше зверьки ели хитозан, тем больше было в их кишечнике Coprobacillus cateniformis и Clostridium leptum, которые встречаются обычно у худощавых особей, и меньше Clostridium lactatifermentans, Clostridium cocleatum и некоторых других бактерий — индикаторов ожирения.

Китайские ученые считают хитозан многообещающим пробиотиком, который противодействует ожирению и улучшает здоровье, влияя на кишечную микробиоту. Прежде чем делать окончательные выводы, надо проверить, как он взаимодействует с кишечными бактериями человека.

Хитозан получают из природного возобновляемого сырья, но хватит ли его на все наши нужды? Ведь хитозан хитозану рознь. Так, полимер, полученный из грибов, превосходно заживляет раны, лучшие оболочки для лекарств делают из крабового хитозана, а хитозан насекомых хорошо восстанавливает подкожную ткань. Что ж, пока люди лакомятся крабами и креветками, их хитиновые панцири можно использовать в промышленных целях. Микробиологические производства образуют большое количество отходов в виде грибной биомассы, кроме того, грибы несложно выращивать специально для производства хитина, так же как насекомых, например личинок домашней мухи или громадных филиппинских тараканов, надкрылья которых содержат до 60% хитина. Полезный таракан — это звучит интригующе.

123

Разные разности

07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>