Окислительный стресс и хроническое воспаление лежат в основе развития большого числа заболеваний человека, включая дегенеративные процессы опорно-двигательной системы, хронические раны, поражения внутренних органов и нарушения репродуктивной функции. Несмотря на значительные успехи современной медицины, поиск эффективных средств, способных одновременно снижать уровень окислительного стресса, подавлять воспаление и стимулировать восстановление тканей, остаётся одной из актуальных задач науки.

Наночастицы оксида церия (CeO₂) представляют особый интерес благодаря способности ионов Ce³⁺/Ce⁴⁺ нейтрализовать активные формы кислорода и проявлять ферментоподобную активность. Это обеспечивает их антиоксидантные, противовоспалительные и цитопротекторные свойства, что определяет перспективность их применения в биомедицине.

Дегенерация межпозвоночных дисков относится к числу наиболее распространённых причин хронической боли в пояснице и ограничения подвижности у людей трудоспособного возраста. Заболевание развивается постепенно и сопровождается разрушением межклеточного матрикса, накоплением активных форм кислорода и нарушением работы митохондрий.

Для коррекции данных нарушений были разработаны наночастицы оксида церия с рапамицин, покрытые мембраной клеток пульпозного ядра, которые сохраняли стабильность в сыворотке крови более 4 суток.

В клеточной модели дегенерации, индуцированной интерлейкином IL-1β, наночастицы снижали уровень активных форм кислорода, подавляли провоспалительные факторы (COX-2, MMP-13, ADAMTS-5) и усиливали синтез матрикса (COL2A1, ACAN), одновременно восстанавливая функцию митохондрий и активируя митофагию через путь PINK1/Parkin.

В экспериментах in vivo на 8-недельных самцах крыс дегенерацию дисков вызывали проколом межпозвоночного диска иглой, после чего еженедельно вводили по 10 мкл суспензии наночастиц концентрацией 50 мкг/мл. Через 4 и 8 недель у животных наблюдалось лучшее сохранение высоты межпозвоночного диска, более высокая интенсивность Т2-сигнала на МРТ, снижение разрушения тканей и увеличение содержания коллагена II и аггрекана по сравнению с контрольной группой. При этом в сердце, печени, лёгких, селезёнке и почках животных не было выявлено признаков токсичности, что указывает на перспективность использования данной системы в регенеративной терапии [3].

Циркониевые имплантаты широко используются в стоматологии благодаря прочности и биосовместимости, однако их биологическая инертность ограничивает остеоинтеграцию и способствует развитию воспалительных осложнений в периимплантатной зоне. Недостаточная интеграция с костной тканью и риск бактериальной колонизации приводят к снижению стабильности имплантатов и увеличению частоты их отторжения.

Одним из способов повышения эффективности циркониевых имплантатов является модификация их поверхности наночастицами оксида церия. В ходе исследования учёными была создана поверхность имплантата, представляющая собой структуру с микроканавками и нанопористым слоем, содержащим наночастицы оксида церия. Такая архитектура обеспечивала двухфазное высвобождение CeO ₂ : быстрый начальный выброс в первые часы и сутки после имплантации, за которым следовало пролонгированное высвобождение малых концентраций в течение нескольких недель.

Модифицированная поверхность in vitro улучшала клеточную адгезию: уже через 30, 60 и 120 минут количество прикрепившихся клеток было значительно выше по сравнению с контролем. Также наблюдался сдвиг макрофагов в противовоспалительный фенотип M2 и выраженный антибактериальный эффект. Одновременно усиливались остеогенные процессы: повышалась активность щелочной фосфатазы, остеогенных маркеров Runx2, Osterix, COL1A1 и минерализация внеклеточного матрикса, что свидетельствует об активной дифференцировке остеобластов.

В модели имплантации бедренной кости кролика через 4 и 12 недель отмечено улучшение остеоинтеграции: увеличение объёма костной ткани и число трабекул, снижалось межтрабекулярное расстояние. Гистологический анализ выявил более плотный контакт кости с имплантатом и минимальное воспаление по сравнению с немодифицированным цирконием, что подтверждает улучшение биологической активности циркониевых имплантатов за счёт наночастиц оксида церия [4].

Болденон — анаболический стероид, который широко используется в ветеринарии для ускорения роста животных, а также нередко спортсменами для увеличения мышечной массы. Под его действием снижается уровень половых гормонов, ухудшается состояние клеток, ответственных за образование сперматозоидов, что может приводить к бесплодию.

Для оценки защитного действия наночастиц оксида церия при воздействии болденона исследователи использовали 24 самца белых крыс, разделённых на четыре группы. В течение 8 недель одной группе вводили болденон (5 мг/кг), второй — наночастицы оксида церия (100 мкг/кг), третьей — их комбинацию, четвёртой (контрольной) — физиологический раствор.

Применение стероида приводило к выраженному нарушению антиоксидантной системы семенников: повышались уровни малонового диальдегида и оксида азота, а содержание восстановленного глутатиона и активность ферментов супероксиддисмутазы и каталазы снижались. Одновременно возрастали концентрации провоспалительных цитокинов TNF-α и IL-6, уменьшались уровни тестостерона, лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов. Гистологический анализ выявил сокращение числа зародышевых клеток, воспалительную инфильтрацию и практически полное отсутствие сперматозоидов в семенных канальцах.

Однако при совместном применении наночастиц оксида церия большинство выявленных нарушений значительно ослаблялось. Наночастицы снижали интенсивность воспаления, восстанавливали активность антиоксидантных ферментов и нормализовали гормональный фон. В тканях семенников уменьшалась степень повреждений, а в просвете семенных канальцев вновь обнаруживались сперматозоиды.

Установлено, что наночастицы оксида церия способны снижать уровень окислительного стресса и воспаления, препятствуя развитию репродуктивных нарушений, вызванных анаболическими стероидами [1].

Диабетические раны представляют собой тяжёлое осложнение сахарного диабета, сопровождающимся хроническим воспалением и нарушением процессов регенерации тканей.

В качестве перспективного решения предложено использование наночастиц оксида церия, функционализированных глюкозооксидазой, инкапсулированных в матрицу хитозан/поливиниловый спирт. Полученные гидрогели на их основе демонстрировали контролируемую деградацию: на 8 сутки потеря массы достигала 90,3 %, что делает их удобными в качестве временных раневых покрытий.

Антимикробная активность гидрогелей была подтверждена в отношении Escherichia coli и Staphylococcus aureus: зоны ингибирования роста составляли 6,45–7,63 мм и 7,59–8,97 мм, что свидетельствует о способности материала подавлять бактериальную контаминацию раны.

В экспериментах на мышах с диабетическими ранами применение гидрогеля обеспечивало значительное ускорение заживления и практически полное закрытие раневого дефекта к 7-м суткам. Разработанный гидрогель сочетает антиоксидантные, ферментативные и антимикробные свойства, что расширяет спектр его использования в лечении диабетических ран [2].

Повреждение почек представляет собой серьёзную медицинскую проблему, возникающая при обструкции мочеточника и лекарственной нефротоксичности. Одним из ключевых факторов риска является применение нестероидных противовоспалительных препаратов, таких как ибупрофен, которые усиливают воспалительные процессы в почечной ткани.

В качестве защитного агента рассматривались наночастицы оксида церия. В эксперименте использовалась модель односторонней обструкции мочеточника у крыс (UUO), усиленная введением ибупрофена. В группе UUO + ибупрофен наблюдалось ухудшение функции почек, повышение уровней креатинина и мочевины, а также выраженные патологические изменения: дилатация канальцев, дегенерация клубочков и воспалительная инфильтрация. Введение наночастиц приводило к достоверному снижению биохимических маркеров повреждения и уменьшению гистопатологических изменений. У животных, получавших наночастицы, лучше сохранялась структура почечной ткани, снижалась воспалительная инфильтрация и степень канальцевой дегенерации, что указывает на их эффективность в качестве средства ранней защиты почечной ткани [5].

Несмотря на обнадёживающие результаты, для широкого внедрения наночастиц оксида церия в клиническую практику необходимы дальнейшие исследования их долгосрочной биобезопасности, метаболизма, выведения из организма, оптимизации методов синтеза и функционализации. Тем не менее полученные данные позволяют рассматривать наночастицы оксида церия как перспективную платформу для создания новых средств диагностики, профилактики и лечения различных заболеваний.

Литература:

1. Hassan H. M. Potential effect of cerium oxide nanoparticles against boldenone-induced oxidative stress, inflammation, and reproductive dysfunction in male albino rats / H. M. Hassan, H. S. Mohammed, N. Anajirih, S. S. Soliman, F. S. Mohammed, A. A. Aldarmahi, A. Abdeen, S. Amer, E. E. ELwakeel, H. M. Abdelkareem, A. F. Rawan, M. Shukry, S. F. Ibrahim, M. Aldehri, A. M. Alshehri, M. F. Abdel-Rahman // Scientific Reports. — 2026. Vol. 16. — Article 17156.
2. Naomi L. G. A Glucose-Responsive CeO₂@GOx Nanozyme Embedded in Chitosan/PVA Hydrogel for Accelerated Diabetic Wound Healing: from Molecular Simulations to In Vivo Validation / L. G. Naomi, D. P. Putra, R. A. Prastika, A. M. Kautsari, D. S. T. Sutrisno, S. Hayaza, M. I. Barliana, W. Handayani, N. A. N. N. Malek, I. Syafarina // Nanotheranostics. — 2026. Vol. 10. — P. 75–92.
3. Niu Z. Membrane-camouflaged nanoparticle alleviates intervertebral disc degeneration via oxidative stress suppression and autophagy activation / Z. Niu, Y. Fan, J. Chen, L. Ji, Y. Tong, L. Yao, S. Ding, H. Xu, J. Chen, Q. Zhang, C. Zhao, J. Chen, Q. Bi, C. Xia // Materials Today Bio. — 2026. Vol. 38. — Article 103038.
4. Song J. Time-sequentially released bilayer sandwich cerium oxide nanoparticles on femtosecond laser-treated zirconia implant surface for enhanced antibacterial and osseointegration capacity / J. Song, W. Guo, X. He, W. Yang, Z. Yang, S. Dong, Y. Ma, K. Wang // Materials Today Bio. — 2026. Vol. 38. — Article 103206.
5. Toruk S. Protective effects of cerium oxide on ibuprofen-induced renal injury in rats with ureteral obstruction / S. Toruk, A. Babacan, M. Arslan, V. Şıvgın, Ş. C. Sezen, H. Boyunağa // World Journal of Nephrology. — 2026. — Vol. 15. — Article 114142.