Графен губит вирусы

Текущая вспышка пневмонии при коронавирусной болезни (COVID-19) представляет собой без преувеличения глобальный вызов человечеству. Исследователи практически всех стран озабочены поиском и синтезом эффективной вакцины, способной победить инфекцию. Естественным образом возникает вопрос об использовании последних достижений науки, в частности современных материалов в борьбе с коронавирусом. Графен наряду с уникальными электронными и механическими характеристиками также привлекает к себе внимание благодаря антимикробной и противовирусной активности. О возможном использовании графена против COVID-19 на страницах Nano Today высказались исследователи из Италии, страны, наиболее пострадавшей от коронавирусной инфекции [1]. Они постарались обобщить текущие знания о взаимодействии вирусов с графеном и сделали прогнозы относительно наиболее вероятных применений последнего в диагностике, лечении и защите от коронавируса.

Необходимо отметить, что первые подтверждения антивирусной эффективности графена датируются 2012 годом, когда для фотоинактивации бактериофагов при облучении видимым светом использовали тонкие пленки из восстановленного оксида графена и оксида вольфрама. Восстановленный оксид графена (rGO) получают из традиционного оксида графена (GO) посредством удаления атомов кислорода восстанавливающими агентами. По мнению авторов, именно производные графена, в частности, кислородсодержащие, должны стать локомотивом в борьбе с инфекцией. Оксиды графена взаимодействуют с вирусами в основном посредством электростатики, за счет образования водородных связей и через окислительно-восстановительные реакции. Они обладают способностью адсорбировать заряженные липиды и разрушать мембраны после связывания с графеновой «ароматической» плоскостью. Это свойство объясняет, например, действенность оксидов графена против кошачьего коронавируса. Кроме того, производные графена также успешно использовали в качестве элементов систем доставки противовирусных соединений, таких как ингибиторы обратной транскриптазы, связанные с графеновыми квантовыми точками, для лечения ВИЧ и комплексы гиперицин-GO, нацеленные против реовируса. Примечательно, что последние данные компьютерного моделирования указывают на эффективность гиперицина и при лечении COVID-19. Помимо всего графен также является мощным иммуномодулятором, а нанокомпозиты GO с серебром усиливают выработку естественных противовирусных защитных факторов (интерферон-стимулирующих генов). Наконец, графен и его производные могут оказаться полезными при тестировании ингибиторов коронавирусной хеликазы в качестве лекарственных препаратов для антивирусной терапии. Хеликазы – это ферменты, которые способны разматывать двухцепочечные нуклеиновые кислоты в одноцепочечные во время репликации и пролиферации вируса. По этой причине хеликазы рассматривают в качестве элементов противовирусной терапии. Однако традиционный анализ активности хеликазы сложен и зачастую неэффективен из-за длительной подготовки и частого проявления методологических ошибок. Оксид графена обладает возможностью избирательного связывания одноцепочечной ДНК на своей поверхности, что можно использовать для эффективного мониторинга активности хеликазы.

Помимо использования производных графена непосредственно в процессах лечения, возможно их применение и для эпидемиологического контроля распространения заболевания. Графеновые фильтры способны захватывать микрочастицы и бактерии, что позволит уменьшить передачу внутрибольничных инфекций. Бактерии, заблокированные таким фильтром, теряют способность к размножению, а при его нагревании до температур свыше 300 °C микроорганизмы, вызывающие заболевания, погибают. Также GO может оказаться полезным и в качестве сенсора. Например, в 2018 г. был успешно разработан и опробован биосенсор на основе пленки GO для идентификации вируса гриппа A H1N1. Аналогичным образом, можно создать и датчики SARS-CoV-2 для контроля над распространением вируса сквозь защитную одежду. Пленки GO также могут оказаться полезными для создания вирусных барьеров в тканях, что может быть использовано при производстве лицевых масок. Кроме того, графеновые покрытия могут использоваться в соединении с наночастицами нитрата серебра или диоксида титана для улавливания патогенных микроорганизмов. При этом возможно и повторное их применение после соответствующей термообработки.

В конечном итоге, итальянские исследователи делают выводы о перспективности использования графена в борьбе с COVID-19, делая ставку на его универсальность. Так, кислородсодержащие производные графена с необходимыми антителами позволят быстро и точно идентифицировать целевые вирусные белки и могут оказаться полезными для массового скрининга, а также для разработки датчиков и фильтров окружающей среды. Функционализированный графен обладает способностью к захвату вируса, которая в сочетании с нагреванием или фотоинактивацией может использоваться в качестве дезинфицирующего средства. Массивы графеновых сенсоров можно размещать на спецодежде и индивидуальных средствах защиты, а графеновые покрытия в сочетании с серебром способны обеспечить дополнительный барьер для вируса. В принципе, графен мог бы занять существенную нишу в борьбе с COVID-19. Однако, с другой стороны, оперативное и повсеместное его распространение в сложившихся критических обстоятельствах вряд ли возможно. Скорее всего, все эти наработки окажутся востребованными в более далекой перспективе, как в борьбе с коронавирусом, так и с другими вирусными инфекциями.

М. Маслов

1. V. Palmieri et al., Nano Today 33, 100883 (2020).