Исследование показало, что частицы кремнезема химически реагируют

Jun 18, 2023

Было показано, что кремнезем, считающийся инертным и безопасным для потребления Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, вступает в реакцию с ключевыми биомолекулами, потенциально ухудшая их функцию.

Стэнфордские исследования показали, что минеральный кремнезем, распространенная пищевая добавка и популярный косметический ингредиент, не является химически инертным веществом, как давно предполагалось.

Янцзе Ли, докторант в области химии, является ведущим автором нового исследования реакционной способности кремнезема, который обычно используется в повседневных продуктах. (Изображение предоставлено: Чжуоэр Се)

Как описано в новом исследовании, исследователи поместили коммерчески доступные частицы кремнезема в водный раствор с биомолекулами, содержащими соединения, называемые тиолами. Эти тиолсодержащие биомолекулы широко распространены в природе и организме человека, например, в форме глутатиона, ключевого антиоксиданта, обнаруженного в большинстве клеток.

Под воздействием кремнезема тиоловые биомолекулы претерпевают окислительно-восстановительные химические реакции. Эти реакции, в ходе которых теряются электроны, могут ухудшить или изменить функцию молекул, потенциально создавая угрозу для здоровья. Например, низкий уровень глутатиона может привести к усилению окислительного стресса в организме, который может повредить все клеточные компоненты, от мембран до ДНК.

Полученные результаты подчеркивают необходимость дальнейших исследований реакционной способности кремнезема, особенно с учетом его широкого использования в повседневных продуктах.

«Частицы кремнезема считаются безвредными и инертными, но результаты нашего исследования показывают, что кремнезем на самом деле реакционноспособен», — сказал Янцзе Ли, научный сотрудник кафедры химии Стэнфордской школы гуманитарных наук и ведущий автор исследования. который опубликован 17 августа в Трудах Национальной академии наук. «Мы призываем к дальнейшему исследованию того, может ли воздействие частиц кремнезема истощать запасы глутатиона и других важных соединений в организме».

«Наши результаты вызывают тревогу по поводу продолжающегося использования частиц кремнезема», — сказал старший автор Ричард Зар, ​​профессор естественных наук Маргариты Блейк Уилбур и профессор химии в H&S. «Хотя еще слишком рано говорить о том, что кремнезем представляет опасность для здоровья, кремнезем как минимум создает потенциальную проблему попадания нежелательной химии, особенно в пищу».

Кремнезем – другое название соединений кремния и кислорода – представляет собой материал без цвета, запаха и вкуса. Хотя кремнезем действительно содержится в пищевых продуктах, включая листовую зелень, производители часто добавляют крошечные, похожие на песок частицы кремнезема, например, в супы и сливки для кофе в качестве средства, препятствующего слеживанию. В настоящее время Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов разрешает продуктам содержать до 2% частиц кремнезема по весу.

Ричард Зар, ​​профессор естественных наук Маргариты Блейк Уилбур, является старшим автором статьи. (Изображение предоставлено: До Фам / Стэнфордский университет)

В косметике, включая средства по уходу за кожей, кремнезем служит наполнителем или абсорбирующим агентом или абразивом в скрабах. В здравоохранении частицы кремнезема также нашли широкое применение при доставке лекарств и для целей медицинской визуализации. Для этих целей частицы кремнезема изготавливаются с крошечными отверстиями или порами, в которые можно помещать фармацевтические препараты и другие вещества.

Учитывая такую ​​сферу применения, Ли и Заре стремились изучить ортодоксальность кремнезема как химически инертного вещества. Ли имеет опыт исследования предполагаемых свойств повседневных материалов. В своей докторской диссертации Ли исследовала, как стекло, которое долгое время использовалось для стабильного хранения лекарств и других важных материалов, может при определенных обстоятельствах действовать как катализатор и ускорять химические реакции.

«Мы уже видели, что так называемые инертные материалы на самом деле не могут быть инертными», — сказал Заре. «Эта история может повториться с частицами кремнезема».

Для исследования ученые из Стэнфорда приобрели коммерчески доступные частицы чистого кремнезема, продаваемые в виде сухого порошка. Работая с Куртом Коласински, бывшим аспирантом Зара, а ныне профессором физической химии в Западно-Честерском университете, Ли добавлял кремнезем в водные растворы, содержащие одну из трех тиолсодержащих биомолекул. Изученными биомолекулами были цистеин (ключевая аминокислота), вышеупомянутый антиоксидант глутатион и пеницилламин (так называемый антагонист тяжелых металлов для лечения болезни Вильсона, состояния, которое возникает, когда в организме накапливается слишком много меди).