В два раза ярче: вращающаяся молекула гибридного красителя упростит диагностику заболеваний крови

Ученые синтезировали вещество, которое может использоваться для диагностики заболеваний по изменению вязкости крови. Оно представляет собой комбинированный материал, состоящий из двух красителей различной природы. Один компонент увеличивает чувствительность к свету, второй служит детектором локальной вязкости или кислотности. Это значит, что разработанный препарат кроме терапевтической функции обладает сигнальной, позволяющей оценивать эффективность лечения заболевания. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Journal of Molecular Liquids.

Светящиеся молекулы активно используются в биологии, химии и медицине, чтобы отслеживать процессы, идущие в живых клетках, а также перемещение лекарственных средств в организме человека. Один из классов таких молекул — флуоресцентные, то есть светящиеся, красители BODIPY. Фрагменты этих молекул обладают способностью вращаться друг относительно друга. Подобные красители могут применяться в качестве светящейся метки при диагностике различных заболеваний. Они отлеживают незначительные изменения вязкости или кислотности клеточной жидкости, связанные как с самим заболеванием, так результатом терапии. Сейчас активно ведутся работы по расширению возможностей практического применения молекул красителей, например, повышению их стабильности, чувствительности свечения к изменению вязкости среды, а также улучшению биосовместимости.

Ученые Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН (Иваново) и Левенского католического университета (Бельгия) на основе красителей различных классов — BODIPY и порфирина — разработали новое растворимое в воде гибридное соединение, обладающее способностью вырабатывать «активный» кислород для уничтожения патологических клеток, а также выступать в роли флуоресцентного детектора локальной вязкости и кислотности среды. Для получения такого соединения исследователи синтезировали новый BODIPY, показывающий наиболее заметные отклики в интервале вязкости, соответствующей вязкости крови человека. Далее авторы провели реакцию «сшивания» полученного BODIPY с порфириновой молекулой. Порфирин — это химическое вещество, которое входит в состав гемоглобина — белка, переносящего кислород к тканям организма. Объединение в одну систему молекул порфирина и BODIPY позволило повысить способность порфирина вырабатывать «активный» кислород для уничтожения патологических клеток, а также детекторные свойства BODIPY. С помощью современных физико-химических методов ученые установили, что благодаря способности молекулярных фрагментов вращаться друг относительно друга свечение комплекса в более вязких средах в 2 раза интенсивнее по сравнению с отдельными молекулами BODIPY.

Предложенный гибридный краситель чувствителен к небольшим изменениям вязкости среды в диапазоне, который соответствует вязкости крови здорового человека. Это позволит создать на его основе «умные» молекулярные устройства для отслеживания физиологических и патологических процессов в крови, а также оценки эффективности лечения заболевания в целом. Полученные результаты создают условия для эффективного перехода к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения.

«Синтезированная молекула гибридного красителя может использоваться в качестве молекулярного устройства для бесконтактного определения свойств среды, например локальной вязкости или кислотности внутриклеточной жидкости. В дальнейшем мы планируем разработать подобные гибридные материалы на основе порфиринов с другими красителями, сочетающими в себе свойства повышенной чувствительности к свету и свечения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Нугзар Мамардашвили, заведующий лабораторией координационной химии макроциклических соединений Института химии растворов имени Г. А. Крестова РАН.