«Открыто соединение, способное «включаться» под действием лазера»

Наука Физика 20.10.2021, 19:19 Открыто соединение, способное «включаться» под действием лазера Ученые из СПбГУ вместе с исследователями из Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра РАН и Научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН разработали новое органическое соединение, биологическая активность которого увеличивается под влиянием лазера. Созданный фосфонат позволит точнее и безопаснее воздействовать на клетки организма.

Василий Макаров редакция Тэги: Исследование Открытия

Проблема управляемого влияния препаратов на человеческий организм сегодня активно исследуется в фотофармакологии — области фармацевтики, изучающей вещества, изменяющие свою активность под действием света. Химики Санкт-Петербургского государственного университета разработали новый фосфонат, способный под действием света управляемо «включаться», то есть увеличивать свою биологическую активность, например, когда вещество достигнет области воспаления.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как правило, фотофармакологические агенты состоят из лекарства и фотоактивного переключателя, который его активирует. Однако ученые получили соединение, выполняющее обе функции одновременно, — это фосфорилированные ариламиномалонаты. Под воздействием лазера часть молекулы вещества (фосфонатная группа) буквально поворачивается, меняя таким образом форму и строение всей молекулы в пространстве, что приводит к усилению биологических свойств.

Полученное химиками вещество может найти свое применение в офтальмологии, лечении нейродегенеративных заболеваний (например, болезни Альцгеймера) и других областях медицины, поскольку синтезированный фосфонат является ингибитором холинэстеразы — важного фермента нервной и других систем организма человека. Уже сейчас есть публикации, объясняющие, как нивелирование холинэстеразы участвует в лечении кожных заболеваний, — на кожу можно нанести лекарственное средство, посветить и тем самым «включить» или «выключить» его.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ранее исследовательская группа ученых СПбГУ и СПб ФИЦ РАН — НИЦЭБ РАН разработала вещество, биологическая активность которого уменьшается под воздействием света. Новый фосфонат имеет обратный эффект: направленный пучок лазера с длинной волны 266 или 325 нанометров изменяет спектр поглощения и усиливает биологическую активность вещества. Такой результат достигается сразу при двух длинах волн (одна из них — 266 нанометров — ранее позволила исследователям «выключить» активность вещества).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как отмечает автор исследования, профессор кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ доктор химических наук Алина Маньшина, созданные учеными вещества относятся к одной группе, но по-разному отвечают на оптическое воздействие: одно «включается», а другое «выключается». В будущем эти соединения, возможно, удастся использовать вместе, управляя как «включением», так и «выключением», однако это требует дополнительных исследований.

«Наша основная заслуга в том, что мы впервые обнаружили такую реакцию фосфонатов на оптическое излучение — ранее изменение свойств фосфонатов при помощи пучка света никто не исследовал. Важно и то, что созданные нами вещества не просто как-то реагируют на свет, они меняют свою форму под воздействием лазера, то есть существенно изменяют биологическую активность. Такая находка своего рода случайность, которая нередко встречается в науке, но нам удалось это экспериментально проверить и описать», — рассказала об исследовании Алина Маньшина. Статья с результатами исследования была опубликована в химическом научном журнале New Journal of Chemistry.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Кроме того, ученые заметили, что на биологические свойства фосфонатов также влияют вещества-заместители, входящие в состав соединения. В структуре полученного вещества есть так называемое фенильное кольцо, к которому можно присоединить разные элементы: фтор, бром, хлор, водород или метильную группу СН3. Таким образом, одно и то же вещество — фосфонат — в итоге будет наделено разными биологическими свойствами, так как разные заместители будут по-разному реагировать на лазерное воздействие.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

У каких-то веществ биологическая активность увеличивается совсем немного, а для других активность возрастает до 90–95 % — это очень большой прирост, который указывает на влияние вещества-заместителя в структуре молекулы. Так, биологическая активность после облучения возрастает в ряду PhAM-F> PhAM-Cl> PhAM-Br. Наибольшее увеличение ингибирующей способности наблюдается у фтор-замещенного фосфоната — в 6,5 раза.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«Потенциально это можно использовать для решения задач персонализированной медицины, которая учитывает особенности каждого человека и подбирает оптимальные дозы и длительность воздействия вещества», — пояснила Алина Маньшина.

В перспективе исследователи хотят подробнее изучить, как разработанные химические вещества воздействуют на организм и способны ли они вызывать повреждения клеток тканей. Проверка на цитоксичность позволит более точно определить область применения и начать клинические испытания, а затем применение в реальной практике.

«Мы прекрасно понимаем, что путь от вещества, которое мы синтезировали в пробирке, и результатов экспериментов до производства конкретного лекарства и его выхода на рынок — очень длинный. Но нам также интересно найти тот ключевой момент, который определяет, будет ли вещество реагировать на оптическое излучение или этот фосфонат окажется нечувствителен к лазерному воздействию, поиску ответов на эти вопросы мы посвятим новые исследования», — сообщила Алина Маньшина.

Материал предоставлен пресс-службой СПбГУ

Источник