Ryssland (bbabo.net), - Anton Syroeshkin, doktor i biologiska vetenskaper, professor, chef för avdelningen för farmaceutisk och toxikologisk kemi, RUDN Medical Institute

Arrangörerna av den internationella konferensen "Physics of Aqueous Solutions", som hölls på GPI RAS i slutet av förra året, är inte bara begåvade och världsberömda vetenskapsmän, utan också mycket modiga och målmedvetna människor.

Studiet av lösningar framställda med högutspädningsmetoden har länge varit under ett outtalat tabu, eftersom det inte finns några lösta molekyler kvar med flera successiva utspädningar. Ändå behandlade många forskare över hela världen, inklusive de vid vår avdelning, dessa frågor, men det var inte vanligt att deklarera detta högt, eftersom forskare omedelbart blev föremål för kritik på Internet. Situationen förändrades 2018, då ledningen för Institutet för allmän fysik. A.M. Prokhorov vetenskapsakademi och Institutionen för fysikaliska vetenskaper vid den ryska vetenskapsakademin förde för första gången samman forskare som har ägnat sina liv åt att studera vattenlösningar. På representativa forum visade det sig att i studien av lösningar som erhölls med metoden för successiva utspädningar (på engelska låter detta uttryck kortare - höga utspädningar - "höga utspädningar"), det var ett verkligt genombrott.

Tack vare moderna forskningsmetoder kunde man konstatera att "höga utspädningar" är en återspegling av vattnets speciella egenskaper som kolloidalt system. Ja, det stämmer: även högrenade vattenpreparat är en komplex blandning som visar alla tecken på ett heterogent system. Bland de många teorierna om vattnets kolloidala egenskaper presenteras teorin om bubstons mest fullständigt i de högst rankade internationella tidskrifterna. Kolloidernas tillstånd beror alltid på "sättet" för deras framställning. Det är därför det i rapporterna som presenterades på konferenserna var möjligt att experimentellt visa att kombinationen av sekventiell multipel utspädning av vilket ämne som helst och rytmisk yttre påverkan (mekanisk skakning av lösningen, bearbetning av den med ett elektromagnetiskt fält eller ultraljud) leder till ett synergistiskt resultat: nya, mycket ovanliga egenskaper uppstår i en mycket utspädd lösning, och det spelar ingen roll hur många molekyler av det ursprungliga ämnet som finns kvar i lösningen. För att förklara detta fenomen använder fysiker både klassiska och kvantmetoder samtidigt, vilket just diskuterades vid en nyligen genomförd konferens vid den ryska vetenskapsakademin. Den mest ovanliga av dessa egenskaper är förmågan hos en mycket utspädd lösning att verka på modersubstansens biologiska receptormolekyl och modifiera dess aktivitet.

För läkemedel från det statliga registret baserade på "höga utspädningar" krävs nya statliga standarder, inklusive farmakopémonografier

Förresten, i slutet av förra seklet skapades en ny grupp läkemedel med en modifierande effekt baserad på "höga utspädningar" av antikroppar i Ryssland, vars utvecklare tilldelades ett pris från Ryska federationens regering. Men först nyligen har forskare gradvis börjat förstå verkningsmekanismerna för "höga utspädningar". När de bereds i en lösning, en mycket fin, inklusive på kvantnivå, omarrangering av dess struktur inträffar, och mycket utspädda lösningar börjar stråla i millimeterområdet och följaktligen har en direkt fysisk effekt på sina mål. Metoden med "hög utspädning" som ligger till grund för verkan av sådana läkemedel kan reproduceras, så dessa läkemedel utvecklas i enlighet med alla principer för evidensbaserad medicin. Samtidigt kombinerar sådana läkemedel effektivitet och säkerhet bekräftad i kliniska prövningar. Detta gjorde det möjligt att klara hela utbudet av prekliniska prövningar som fastställts av federal lag och registrera dem i enlighet med kraven för moderna läkemedel.

Klassen av dessa läkemedel idag har inte ett väletablerat namn. Fysiker använder ofta termen - spårpapper från engelska - "technologically processed dilutions", inom medicin, för att betona att läkemedels egenskaper uppträder (frisätts) som ett resultat av teknologisk bearbetning, fraserna "release activity" eller "release active drugs" "," droger med modifierande verkan. Det är troligt att med tiden en enskild term kommer att väljas, eftersom tekniskt bearbetade utspädningar har stora möjligheter att användas som tillsatser i teknik för att förbättra egenskaperna hos olika material. Men detta är i framtiden, och idag, som en del av integrationen av tekniskt bearbetade utspädningar i modern medicin, är det nödvändigt att utveckla analytiska metoder för att validera processen för att bereda nya läkemedel och kontrollera deras kvalitet.Betydande arbete har redan gjorts i denna riktning: tillvägagångssätt har utvecklats för att bedöma äktheten av preparat framställda med "högutspädnings"-tekniken med hjälp av spektrometri, samt för att bestämma deras specificitet med hjälp av immunokemiska och biologiska metoder. Ju mer känsliga tekniker som används, desto mer lär vi oss om de bearbetade utspädningarna. Till exempel gjorde användningen av högupplöst NMR-spektroskopi det möjligt att ta reda på att tekniskt bearbetade utspädningar av ett ämne förändrar målmolekylens konformation, överför den till ett aktivt tillstånd och därmed "slå på" en kaskad av vissa molekyler händelser som ligger till grund för dessa läkemedels terapeutiska verkan. Nu utvecklas THz-spektrometri aktivt, vilket har gjort det möjligt att fastställa att tekniskt bearbetade utspädningar av ett ämne också förändrar hydratiseringsskalet kring målmolekyler, vilket kan vara en triggermekanism i deras aktivering. Det har fastställts att bevattning av en fast bärare med tekniskt bearbetade utspädningar ändrar dess struktur, det vill säga det sker en överföring av aktivitet från den flytande fasen till den fasta fasen.

Moderna analysmetoder ökar naturligtvis kraven på kvalitetskontroll av tekniskt bearbetade utspädningar, såväl som läkemedel baserade på dem, som i själva verket är farmakologiska preparat med en fysiskt underbyggd verkningsmekanism. Det är uppenbart att nya statliga standarder, inklusive farmakopéartiklar, krävs för preparat som framställts med "högutspädningstekniken" och ingår i Ryska federationens statliga läkemedelsregister.

Åsikt

Robert Nigmatulin, akademiker vid Ryska vetenskapsakademin, vetenskaplig handledare för Institutet för oceanologi. Shirshova, doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper:

Robert Iskandrovitj, Ryska vetenskapsakademin håller en konferens om vattenlösningarnas fysik för fjärde året i rad. Vad är anledningen till forskarnas stora intresse för detta ämne?

Robert Nigmatulin: Först och främst vill jag notera den höga vetenskapliga nivån på dessa konferenser. Varje gång lyckas arrangörerna samla ledande experter som har ägnat många år åt studier av vattenfysik.

Vi vet alla från barndomen att människokroppen är 80% vatten. För en vanlig människa är vatten ett vanligt och, viktigast av allt, ett mycket enkelt ämne. Detta är dock inte alls fallet, vatten är inte på något sätt "primitivt" H2O. Till exempel är en del av vattnet i form av H2O2-peroxid. Detta ämne är mycket vanligt i vår natur, och det är komplext. Även små koncentrationer av lösta ämnen kan avsevärt påverka egenskaperna hos vattenlösningar.

En gång slogs jag av en enastående kemist - Alexander Ivanovich Konovalov. Med hjälp av upplösning minskade han koncentrationen av den biologiskt aktiva substansen till ett värde av 10-18. Som ett resultat visade det sig att även en så låg koncentration kan påverka vattnets fysikaliska egenskaper. Vattenlösningarnas fysik är å ena sidan inte kärnfysik och inte relativitetsteorin, och å andra sidan står vi här inför helt oväntade fenomen. Och på den årliga konferensen, forskare ledda av akademiker och chef för Institutet för allmän fysik. A.M. Prokhorov Academy of Sciences Ivan Alexandrovich Shcherbakov försöker hitta en förklaring till fenomenen som är förknippade med egenskaperna hos vattenlösningar.

Gjorde du en presentation på konferensen, vad handlade den om?

Robert Nigmatulin: Jag gjorde en rapport om bubblor i låg koncentration - i mängden en procent eller till och med en bråkdel av en procent. I vatten som innehåller bubblor - även vid en så låg koncentration - förändras fysiska egenskaper dramatiskt, i synnerhet akustiska, termodynamiska och andra. Dessutom skapar seismisk strålning en illusion av att det finns mycket gas i vattnet. Men i själva verket finns det inte mycket gas, bara små tillsatser av gas påverkar i hög grad vattnets egenskaper.

Det bör också noteras att vatten har egenskapen deformationströghet: efter att komprimeringen av vatten upphör, kommer vätskan med bubblor att komprimera sig själv under en tid genom tröghet. Denna egenskap leder bara till att stötvågor sprids.

Kompression av bubbelvatten kan i sin tur leda till en extrem ökning av tryck och temperatur i mitten av bubblan. Här är det nödvändigt att notera kavitationens deltagande i denna process. Kavitation är den fysiska processen för bildandet av bubblor i flytande media, följt av deras kollaps och frigörandet av en stor mängd energi. Låt oss ta en bubbelblandning och slå den: resultatet blir en omvandling av grafit till diamant. Arbetet av framstående forskare ledda av Erik Mikhailovich Galimov är välkänt, där de lyckades få diamantnanokristaller från koldelen av bensin. Och i våra experiment med amerikanska kollegor studerades även termonukleära processer, kärnfysiska transformationer.

Vilka andra användningsområden kan det finnas för egenskaperna hos bubbelvatten? Robert Nigmatulin: Kumulering och fokusering av energi kan uppnås i bubbelmedia. Bubbelkumulation kan användas för att förstöra neoplasmer.

Med andra ord, vid behandling av onkologiska sjukdomar?

Robert Nigmatulin: Ja, biologiska formationer förstörs vid 43-45°C, och en liten ökning av temperaturen är möjlig på grund av bubblor. Dessutom kan egenskaperna hos bubblande vatten hjälpa till vid tolkningen av gasutsläpp, särskilt växthusgaser. Men det är förstås av största vikt för biologi och medicin, bland annat för att förstå att små koncentrationer av ett ämne kan ha en terapeutisk effekt.

Hur realistisk är utvecklingen av ny teknik baserad på användningen av bubbeltillstånd av vätskor?

Robert Nigmatulin: Det finns stora möjligheter för bubbelmedia inom kärnfysik och termonukleära processer. Det är möjligt att använda kavitation för att fokusera energi, uppnå extrema temperaturer och följaktligen genomföra tekniska transformationer. Men för praktisk implementering är det nödvändigt att skapa laboratorier, bedriva forskning, inklusive inom fysik av vattenlösningar. Just sådan forskning utförs av en grupp laboratorier som leds av Ivan Alexandrovich Shcherbakov.

Betyder det att ryska forskare är överlägsna i denna fråga?

Robert Nigmatulin: Ja, studiet av lösningar, produktion av diamanter, onormala transformationer - allt detta gjordes i vårt land. När det gäller kärnfysiska effekter är det mina gemensamma arbeten med amerikanska kollegor.

Yttrande

Vsevolod Tverdislov, doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper, chef för institutionen för biofysik, fakulteten för fysik, Moskvas statliga universitet:

Vsevolod Aleksandrovich, under de senaste fyra åren, har konferenser om fysik av vattenlösningar hållits vid Ryska vetenskapsakademin. Kan du som en vanlig deltagare notera förändringar i förståelsen av vattenlösningarnas fysik?

Vsevolod Tverdislov: Åsiktsutbytet vid konferensen visade att den vetenskapliga världen förändrar synsätt för att förstå naturen hos vattenlösningar. För en tid sedan letade de efter några understrukturer inuti vattenlösningar, som verkar vara ganska statiska eller helt enkelt förändras. Men nu har de insett att vatten alltid är ett heterogent flerkomponentsystem, att det är ett utvecklande och strukturellt hierarkiskt ämne. Omedelbart började två riktningar utvecklas: mycket små effekter och låga koncentrationer, å ena sidan, och å andra sidan en förståelse för enheten i stora system - kolloidala.

I biologiska system, och jag själv ser på ämnet vatten utifrån biologi och biofysik, tar vatten en aktiv del i utvecklingen av stora molekylers funktioner, och är inte bara en tredimensioneller miljö där allt utvecklas.

Vetenskapsakademien ville länge inte beröra två ämnen - teorin om livets ursprung och vattnets egenskaper. Vatten ansågs vara ett statiskt system, faktiskt, ett outtalat tabu infördes på en djupgående studie av dess egenskaper.

När de en gång kvävde begreppet "Belousovs reaktion" på den enda grunden - "det här kan inte vara." Och när de kom på att detta är ett öppet dynamiskt olinjärt system, visade det sig att alla visste detta länge, och det finns många exempel. Nu pågår en liknande övergångsprocess i förhållande till jämviktsvatten. Tidigare antog man att vatten kunde vara med små fluktuationer, men idag säger man att globala händelser kan inträffa i vatten, att det alltid är ett icke-jämvikt, uppenbart olinjärt och hierarkiskt objekt, ett objekt som kan fånga svaga influenser och stora system .

Nu finns det en förståelse för de levandes dynamiska komplexa struktur. Förresten, det är därför den lever så länge. Det verkar som att komplexa system har en kort livslängd, medan enkla, tvärtom, under lång tid. Men i själva verket är de mest stabila systemen under de senaste tre miljarderna åren bara levande system. Allt annat är trasigt. Och de mest ömtåliga hierarkiska livssystemen - de bara lever. Biosfären är den mest stabila under de senaste 2,8 miljarder åren. Och här är vatten bara en dynamisk komponent i biosfären.

Du studerar de fysikaliska egenskaperna hos symmetri i biologi, biomedicinska vetenskaper, system. Vilken betydelse har symmetri för vattenlösningar? Vsevolod Tverdislov: Valentin Lobyshev, Nikolai Bulenkov och flera andra vetenskapsmän introducerade en gång konceptet med så kallade kirala strukturer. Symmetribrott säkerställer bara utvecklingen av system, denna idé kommer fortfarande från Curie och från Dyson. Om rent vatten är något "böjt" kan asymmetriska kirala strukturer uppstå. Chiral är som syd-nord, höger-vänster hand. Det vill säga, så fort vi introducerar begreppet symmetri, så visar det sig att omvandlingen av energi och symmetri nödvändigtvis är kopplade till varandra. Alla stora levande molekyler - proteiner, nukleinsyror, lipider och sockerarter - är kirala. Det finns inga icke-kirala stora molekyler. De badar alla i vatten, och själva vattnet kan anta kirala strukturer; detta är symmetrikomponenten i alla levande varelser, med början från små molekyler. Jag kommer att göra en reservation för att inte alla molekyler är kirala, till exempel är joner icke-kirala, men alla stora molekyler, till exempel 60 % av befintliga läkemedel, är kirala. Det följer att om bara "vänster" fungerar, kommer "höger" inte att fungera, "höger" kommer att fungera, "vänster" kommer inte att fungera, eller till och med vara giftigt. Det är viktigt att notera att presymmetrifaktorn nu har kommit in i farmakologin tillsammans med vatten. De grundläggande begreppen biostrukturer och utveckling - som symmetri och energi - visade sig vara sammanlänkade, och samtidigt bestämmer symmetri energirörelsens vägar. Denna nya riktning utvecklas inte bara inom grundläggande molekylärbiologi, utan även inom till exempel farmakologi, inklusive frågan om effekterna av låga koncentrationer av substanser.

Hur lång tid tar det att ändra vattnets egenskaper med en förändring i kiralitet?

Vsevolod Tverdislov: Komplexa och till synes svaga strukturer lever länge. Det vill säga, dynamiska komplexa hierarkiska system lever länge, inte för att de är ömtåliga, utan för att de är väldigt dynamiskt arrangerade. När allt kommer omkring, se, de säger att det inte kan finnas några små effekter, och om stora utspädningar av ämnen används, det vill säga villkorligt till nivån "mindre än en molekyl", kommer det inte att finnas några effekter. Jag vill bara uppmärksamma denna roliga sak: några av våra akademiker säger att "det här kan inte vara" eftersom det med tanke på utspädningsnivån inte borde finnas några molekyler kvar i lösningen.

Och jag vill fortfarande fråga min student, akademiker Alexei Khokhlov, vid någon diskussion: har han åtminstone en molekyl från sin farfar? Nej. Samtidigt ser han ut som en farfar. Ironiskt nog är detta en grundläggande fråga. Poängen är denna: om systemet är hierarkiskt, komplext och kan replikera sig själv strukturellt, till exempel kan även kristaller replikera sig själva – och systemet är dynamiskt och icke-linjärt, då kan det varken leva som en atom eller som en partikel. Speciellt eftersom vi själva vid hög ålder tydligen inte har en enda atom som vi föddes med, de har alla ersatts, och samtidigt behåller vi formen och signalen, vi bär information i vår struktur. Detta är ett allmänt filosofiskt resonemang, inte bevis. Men jag tror att nu är det dags att förstå dynamiska komplexa system: de är långlivade tillstånd.

På konferensen ägnades många rapporter till ämnet extern påverkan på vattenlösningar. Vad orsakade ett sådant intresse och vilka är utsikterna för forskning i denna riktning?

Vsevolod Tverdislov: Resultaten av forskningen bör inte motsäga termodynamikens första och andra lag i ordets fulla bemärkelse, och inte i synen, jag är ledsen, för kämparna mot pseudovetenskap. Jag har alltid varit emot alla fighters med vetenskap. Om till exempel den franska akademin en gång avfärdade brottet mot den andra lagen om energibevarande, var det rätt, men bara för att de inte avfärdade något annat. Därför steg den franska vetenskapen sedan mycket starkt. Om människor rimligtvis gör något utan att bryta mot två eller tre "grunder", då man observerar utifrån och inte förstår orsakerna till denna handling, kan man inte stänga den. Måste reda ut det. Öppenhet för nya resultat behövs. Farmakologer själva kommer till exempel inte att kunna genomföra dessa studier, de förstår inte detta ämne. De är bra specialister på utveckling av effektiva läkemedel, men förklaringen av vattnets egenskaper måste hanteras av fysiker och kemister.

bbabo.Net