Светящиеся молекулы: тольяттинские ученые осваивают новые подходы к химическому дизайну
Исследования ученых по созданию новых материалов для органической химии поддерживает Российский научный фонд (РНФ). Проект доктора химических наук Александра Голованова выиграл грант, превышающий 21 млн рублей, на срок три года. Вот уже год химики ТГУ ищут способы получения новых веществ, в которых сейчас остро нуждаются современная медицина и электроника.
"За прошедший год нам удалось разработать методы синтеза новых молекул, обладающих свойствами селективных флуоресцентных зондов. Такие молекулы могут связываться с ионами различных металлов (например, ртути, свинца, кадмия), а образующиеся при этом металлокомплексы обладают флуоресценцией (способностью светиться. - Прим. ред.), - говорит Александр Голованов. - Уникальность полученных молекул заключается в избирательном связывании (комплексобразовании) с теми или другими ионами при их (ионов) совместном присутствии. Селективность связывания определяется небольшими изменениями структуры зондов. Это позволяет обнаружить и определить концентрацию металлов в самых различных объектах - например, в биологических при их токсикологической экспертизе. Это главный прикладной аспект проекта. Подчеркну, что селективностью связывания можно управлять, слегка меняя структуру молекулы. Зондов подобного типа известно немного".
Флуоресцентные зонды - это вещества, изменяющие флуоресценцию, когда к ним присоединяется определенная молекула. С их помощью можно детально исследовать химический состав живых клеток и даже организмов, а также их изменения во времени и пространстве. Простота и экономичность флуоресцентных методов делает их незаменимыми в решении задач экологического контроля, физико-химического анализа, клинической диагностики. В частности, с помощью флуоресцентных зондов можно прогнозировать развитие заболеваний, выявлять факторы риска, контролировать эффективность терапии.
Сейчас флуоресцентный анализ - одно из наиболее перспективных направлений, двигающее за собой не только академическую, но и прикладную науку во всем мире. Светящиеся белковые молекулы позволяют исследователям заглянуть в самые укромные уголки человеческого организма, при этом не причиняя ему никакого вреда. Ученые уже научились использовать эффект флуоресценции для генетических исследований, "подсвечивая" хромосомные наборы, применять щадящие (неинвазивные) методы в области трансплантологии (отслеживая реакцию организма на пересадку органа или ткани), а также лечения онкологических заболеваний, когда светящаяся молекула лекарственного вещества под контролем врачей попадает прямо в цель.
Исследователям ТГУ принадлежит идея применить синтезированные ими молекулы для контроля содержания некоторых примесей в магниевых сплавах. В научно-исследовательском институте прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ разрабатывают технологии получения таких сплавов для изготовления медицинских изделий, в том числе биорезорбируемых имплантатов.
В научную группу Александра Голованова, работающую над проектом, входят сотрудники НИИПТ ТГУ Иван Один и Дмитрий Гусев (именно он обнаружил явление селективного комплексообразования), аспиранты Сергей Соков и Радик Итахунов.
"В текущей лабораторной работе в ТГУ нам постоянно помогает инженер НИЛ-13 ТГУ Ираида Савина. Без ее знаний и умений было бы гораздо сложнее справляться с огромным объемом экспериментов, - подчеркивает Александр Голованов. - Важную часть проекта, касающуюся измерения фотофизических характеристик полученных веществ, выполняют ученые из университета ИТМО Анастасия Пивень и Дарья Дармороз под руководством Татьяны Орловой. Также мы взаимодействуем со Станиславом Грабовским из Уфимского института химии, коллегами из Санкт-Петербургского НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека".
Полученные за год совместной группой ученых научные результаты высоко оценили эксперты РНФ, утвердив дальнейшее финансирование проекта.
"Теперь начинается второй этап. Нужно внимательно и всесторонне исследовать комплексообразование ионов металлов с синтезированными флуоресцентными зондами. Для внедрения этих соединений в аналитическую практику необходимо множество количественных характеристик, - рассказал Александр Голованов. - Скрининг соединений (а зондов и металлов довольно много) позволит отсечь ненужное и составить "соединения-лидеры". Уверен, что второй год проекта принесет нам немало интересного и полезного".
Разработанные методы синтеза и свойства полученных флуоресцентных зондов ученые описали в статье, которая опубликована в Organic Biomolecular Chemistry - журнале, издаваемом Королевским химическим обществом Великобритании (RSC). Еженедельный рецензируемый научный журнал публикует только оригинальные и важные исследования и обзоры, демонстрирующие значительный прогресс и существенно влияющие на органическую химию в целом.