20.06.2020
Об опасности энантиомеров — «зеркальных молекул» — в лекарствах заговорили в середине прошлого века после «талидомидовой трагедии». Популярное снотворное «Талидомид» прописывали беременным в странах Европы, в Австралии и США. Позже выяснилось, что оно стало причиной врожденных пороков развития у детей, матери которых принимали «Талидомид». Все дело было в энантиомерах: в то время как одни из них обеспечивали терапевтический эффект препарата, другие внедрялись в клеточную ДНК и препятствовали нормальному процессу репликации, необходимому для деления клеток и развития зародыша. «Талидомидовая трагедия» заставила многие страны пересмотреть существующую практику лицензирования лекарственных средств и ужесточить требования к лицензируемым препаратам.
Ученые Томского политехнического университета вместе с чешскими коллегами (Университет химии и технологии Праги и Университет Яна Пуркине) создали суперчувствительные сенсоры для обнаружения в лекарствах «зеркальных молекул». В качестве ловушек для энантиомеров в них использованы металлоорганические каркасы. Результаты работы опубликованы в журнале Applied Materials Today.
Энантиомеры — молекулы с одинаковой формулой и физическими свойствами, однако у них разные направления вращения поляризационного света. Поэтому они являются как бы зеркальными отражениями друг друга. Из-за этого отличия энантиомеры могут оказывать разный биологический эффект.
«Такие молекулы называются хиральными, большое их число входит в состав лекарственных веществ. Их наличие жестко регламентируется: лекарство не должно содержать энантиомеры вовсе либо необходимо доказать, что их присутствие не несет опасности для здоровья. Поэтому нужны способы быстро и эффективно детектировать энантиомеры. Сейчас для этого используют электрохимические методы и хроматографию. Их предел обнаружения обычно не превышает 10-8 моль на литр. Наши сенсоры показали предел обнаружения на уровне до 10-18, то есть они чувствительнее на десять порядков. Это при том что хроматография еще и дорогостоящий метод», — говорит один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова (группа доцента П.Постникова).
Сенсор представляет собой тонкую золотую пластину с волнообразной поверхностью. Такие пластины коллектив использовал и в других своих работах. Однако теперь исследователям удалось привить на поверхность пластинки металлоорганические каркасы, состоящие из ионов цинка и органических элементов. Это пористая структура, которая буквально «захватывает» нужные вещества. Происходит это благодаря правильно подобранному размеру пор в каркасе и сходной химической природе соединений, которые нужно «поймать».
В частности, исследователи проводили эксперименты с каркасом, в состав которого входит молочная кислота. Она сама по себе является оптически активной, поэтому металлоорганические каркасы на основе ее энантиомеров могут быть ловушкой для других оптически активных веществ. В своих экспериментах исследователи проверяли такую сенсорную конструкцию на лекарстве против болезни Паркинсона и ряде аминокислот.
На пластинку достаточно капнуть раствор вещества, которое нужно изучить. Дальнейший анализ можно проводить с помощью портативного рамановского спектрометра, что занимает менее пяти минут.
«Мы одни из первых продемонстрировали сенсорную систему, которая комбинирует два метода усиления рамановского сигнала: с одной стороны, физически он усиливается за счет эффекта поверхностного плазмонного резонанса, его дает золотая пластинка. С другой, — наши металлоорганические каркасы усиливают сигнал химически», — отмечает исследователь.
По ее словам, такие сенсоры в перспективе можно использовать не только для контроля качества лекарств, но и в экологическом мониторинге — для обнаружения загрязнителей в воде и почве.
Пресс-служба Томского политехнического университета
Нет комментариев