Химики создали высокоточный «градусник» для клеток

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали удобный в использовании «клеточный термометр» на основе водорастворимого порфирина фосфора. Разработка позволит эффективнее изучать метаболические процессы, а также использовать соединения фосфора для доставки широкого круга порфиринов в клетки. Результаты работы опубликованы в международном журнале Sensors and Actuators A: Physical. Работа поддержана Российским научным фондом (№ 19–13-00410П).

Одной из основных характеристик состояния биологической системы является температура. Благодаря точному измерению температуры и ее динамики в субмикронном масштабе можно получить ценную информацию касательно клеточной и молекулярной активности. Внутриклеточная температура является ключевым параметром для живой клетки, поскольку обусловливает скорость протекания биохимических реакций. Современная термометрия в инфракрасном диапазоне обычно помогает определять температуру поверхности биологических образцов, но не внутриклеточную температуру. Немногочисленные описанные клеточные термодатчики предполагают использование флуоресцентных меток — по интенсивностям их свечения можно косвенно определять температуру. Однако такие системы обладают рядом недостатков, таких как сложность их синтеза и токсичность некоторых компонентов.

Коллектив авторов из Москвы и Санкт – Петербурга впервые на основе соединений порфиринов фосфора синтезировали люминесцентный термодатчик, который может работать непосредственно в живой клетке и определять температуру с точностью до 0.1oC. При этом параллельно был обнаружен простой способ доставки молекул порфиринов в клетку. Хорошо известно, что многочисленные соединения класса порфиринов применяются в качестве препаратов для фотодинамической терапии опухолей, а также антибактериальной терапии. Необходимым условием для их использования является водорастворимость, которая обычно достигается за счет сложных синтетических подходов. Авторы работы показали возможность эффективного решения этой задачи за счет введения в молекулы катиона фосфора(V).

Результаты работы прокомментировала один из авторов статьи, главный научный сотрудник ИОНХ РАН, академик РАН Юлия Горбунова: «Наш коллектив изучает соединения порфиринов фосфора, которые обладают люминесцентными свойствами. Благодаря сотрудничеству с коллегами из Санкт-Петербурга ранее было установлено, что спектр люминесценции этих соединений в физиологическом диапазоне температур (30–44оС) и времена жизни люминесценции зависят от температуры. В нашей новой работе мы показали, что этот метод хорошо работает и в живых клетках (CHO-K1 и HeLa). Параллельно был выявлен необычный факт - при введении порфиринов фосфора в клетку они дефосфорилируются в результате взаимодействия с белками с образованием биосовместимых фосфатов. Фактически после доставки синтезированных нами молекул в клетки мы измеряем люминесценцию свободного порфирина, не содержащего фосфора, и далее исходя из спектра люминесценции определяем внутриклеточную температуру. В дальнейшем мы планируем расширить круг исследуемых порфиринов для повышения чувсвтиетельности подобных молекулярных термометров».