Ученые ЛЭТИ и СПбГУ извлекли из глубоководных одноклеточных наночастицы, перспективные для адресной доставки лекарств

Фораминиферы – это простейшие одноклеточные организмы сложной формы и структуры, размер которых в диаметре и поперечнике достигает всего 0,1-1 мм. Они представляют одну из древнейших форм жизни на планете. Осадочные породы, сформированные их раковинами за сотни тысяч лет, покрывают не менее четверти поверхности Земли, поэтому они используются для определения возраста недр при проведении буровых работ. Современные фораминиферы обитают преимущественно в морях и океанах, причем ученые обнаружили фораминиферы на дне Марианской впадины на глубине более 10 тысяч метров, а также в соленых подпочвенных водах Центральной Азии.

Раковины фораминифер состоят преимущественно из соединений, содержащих кальций, углерод и кислород. В то же время, там образуются и наноразмерные включения металлов и их оксидов, в частности железа. Хотя на сегодняшний день механизмы формирования таких частиц до конца неизвестны, в перспективе фораминиферы могут рассматриваться как потенциальный источник для получения биосовместимых структур на основе магнитных наночастиц, например, для персонализированной медицины, тканевой инженерии и других областей. Это обусловлено тем, что магнитные наночастицы естественного происхождения могут обладать лучшими характеристиками (например, по физическим параметрам и биосовместимости), чем их аналоги, полученные в лаборатории. Однако для этого требуются масштабные исследования их физико-химических и биологических свойств.

«В рамках большого проекта по изучению раковин атлантических фораминифер наша научная группа впервые извлекла несколько образцов, содержащих биогенные наночастицы магнетита. Результаты исследования характеристик данных образцов показали, что они включают в том числе наночастицы, которые обладают так называемыми суперпарамагнитными свойствами, в связи с чем в будущем могут найти применение при решении задач персонализированной медицины, наноэлектроники и других».

Образцы для исследования были получены в ходе рейсов научно-исследовательского судна «Профессор Логачёв» НПП «Полярная морская геологоразведочная экспедиция» в район Срединно-Атлантического хребта. Тогда помимо информации о морском дне было собрано большое количество образцов местной биоты, среди которых были местные фораминиферы. 

После возвращения в Россию эти образцы передали ученым из СПбГУ и ЛЭТИ, которые с помощью метода магнитной сепарации отобрали раковины одноклеточных, которые содержали ферримагнитные включения, в том числе магнетит. Свойства железосодержащих образцов   раковин ученые изучили с помощью комплекса методов, включающего оптическую и электронную микроскопию, рентгеновскую дифрактометрию, а также вибрационную магнитометрию. Результаты исследования опубликованы в материалах конференции Biogenic—Abiogenic Interactions in Natural and Anthropogenic Systems 2022.

«Биогенные минералы железа, обладающие ферримагнитными свойствами, встречаются во многих живых организмах: магнитотактических бактериях, некоторых видах протистов (водорослей и простейших) и эукариотов (насекомых, моллюсков, рыб, птиц и млекопитающих). Они участвуют в процессах магнитотаксиса, в качестве средства для запасания железа, для укрепления тканей. Процессы биоминерализации у этих организмов довольно хорошо изучены (прежде всего, образование магнетита в магнитотактических бактериях). В то время как механизмы образования минералов железа и его физиологические функции у эукариотических протистов, в частности у фораминифер, остаются в значительной степени неизвестными».

Данный проект является частью большой работы ученых кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» по исследованию природных источников наночастиц на основе оксидов железа, которые в будущем могут найти применение в здравоохранении. Ранее специалисты из ЛЭТИ и НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ (Петербургский институт ядерной физики) предложили метод изучения магнитных бактерий, части которых найдут применение в тераностике (адресной доставке лекарств и препаратов для диагностики заболеваний).