В борьбе с пандемией COVID-19 ученые продолжают искать новые подходы. Одно из перспективных направлений — использование фуллеренов, уникальных углеродных структур, напоминающих футбольный мяч. В исследовании, опубликованном в журнале Bioorganic Chemistry, международная команда ученых представила прорывные результаты: им впервые удалось создать индивидуальные водорастворимые производные фуллерена, способные эффективно подавлять вирус SARS-CoV-2 в пробирке.

Почему фуллерены?

Фуллерены, или «бакиболы» (Buckyballs), — это сферические молекулы из атомов углерода, напоминающие футбольный мяч. Их особенность — способность взаимодействовать с различными биологическими мишенями. Например, они могут ингибировать вирусные протеазы (ферменты, необходимые для размножения вируса) или блокировать связывание шиповидного белка SARS-CoV-2 с клеточными рецепторами. Благодаря своей структуре фуллерены легко проникают в клетки, включая нейроны, и при этом обладают низкой токсичностью, что делает их идеальными кандидатами для создания лекарств.

Эксперименты в лаборатории

Исследователи синтезировали 13 различных водорастворимых производных фуллеренов с карбоксильными группами. Эти соединения были протестированы на клетках Vero (почка зеленой мартышки) против двух штаммов коронавируса: OC-43 и SARS-CoV-2 (штамм Wuhan/WIV04/2019). Результаты поразили:

• Соединения 11–13 , содержащие остатки циластатина (вещества, используемого в медицине), показали рекордно низкие значения IC₅₀ — концентрации, при которой препарат подавляет вирус на 50%. Для SARS-CoV-2 IC₅₀ составил всего 390 нМ , что в тысячу раз эффективнее, чем ранее описанные аналоги.
• Индекс селективности (SI = CC₅₀ / IC₅₀), характеризующий безопасность препарата, достиг 214 , что говорит о высокой специфичности действия на вирус без вреда для клеток.

Механизм действия

Чтобы понять, как фуллерены подавляют вирус, ученые провели тесты на «времени добавления» (time-of-addition analysis). Оказалось, что максимальный эффект достигается, если вводить препарат на ранних стадиях заражения — когда вирус еще не проник в клетку. Дополнительные вычислительные модели (молекулярное докингование) подтвердили: фуллерены связываются с ключевыми мишенями вируса — протеазой Mpro (3CLpro) и шиповидным белком , блокируя их функции.

Хотя результаты вдохновляют, путь от лаборатории до аптеки тернист. Требуются клинические испытания для оценки безопасности и эффективности у людей. Однако уже сейчас ясно, что фуллерены открывают новое направление в разработке противовирусных препаратов, особенно для быстро мутирующих патогенов, таких как SARS-CoV-2.

Наука продолжает удивлять нас: наноматериалы, когда-то казавшиеся экзотикой, теперь становятся реальным решением глобальных проблем. Фуллерены, благодаря своей универсальности и эффективности, могут стать основой для создания нового поколения лекарств, способных не только бороться с коронавирусом, но и противостоять будущим пандемиям.

В исследовании принимали участие:

• Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН, Россия
• Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт имени Пастера, Россия
• Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Россия
• Кафедра фундаментальной физики и химической технологии, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Россия
• Научно-исследовательский институт Чжэнчжоу, Хэнань, Китай

Olga A. Kraevaya, Valeriya S. Bolshakova, Alexander V. Slita, Iana L. Esaulkova, Alexander V. Zhilenkov, Mikhail G. Mikhalsky, Ekaterina O. Sinegubova, Ilya I. Voronov, Alexander S. Peregudov, Alexander F. Shestakov, Vladimir V. Zarubaev, Pavel A. Troshin // Buckyballs to fight pandemic: Water-soluble fullerene derivatives with pendant carboxylic groups emerge as a new family of promising SARS-CoV-2 inhibitors // Bioorganic Chemistry Volume 154, January 2025, 108097, Q-1, IF=4.5

https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2024.108097