Наши химики создали "умные молекулы"

В настоящее время в КФУ реализуются восемь проектов, поддержанных Российских научным фондом, и среди них  разработка представителей Химического института им. А.М.Бутлерова по созданию смарт-везикул с использованием новых амфифильных тиакаликсаренов, обладающих рецепторными свойствами.

Над проектом "Создание смарт-везикул с использованием новых амфифильных тиакаликсаренов, обладающих рецепторными свойствами" работает 11 человек, 9 из которых молодые преподаватели, аспиранты и студенты. Руководит этим молодежным научным коллективом зав. кафедрой органической химии член-корреспондент РАН Игорь Антипин.

- В рамках проекта мы разрабатываем смарт-материалы, которые могут с успехом применяться для молекулярного распознавания в сложных многокомпонентных средах и  для решения многих прикладных задач биохимии, сенсорики и медицины: неинвазивного контроля различных биомаркеров в живых организмах, создания высокоспецифичных медицинских препаратов нового поколения, не обладающих значимыми побочными эффектами, - рассказал доцент кафедры органической химии, ответственный исполнитель проекта Владимир Бурилов.

 Как пояснил Игорь Антипин, основная их цель  – создание высокоселективных рецепторных молекул с использованием подходов супрамолекулярной химии.

- Масштаб применения таких материалов просто огромен: от получения высокоселективных веществ и сорбентов до создания нанороботов (наноботов), действующих в живых организмах, - прокомментировал зав. кафедрой.

По словам Владимира Александровича, подобные смарт-материалы уникальны самой технологией создания. В данном проекте предлагается использовать, так называемые, "мягкие" (soft) поверхности - бислойные мембраны везикул, (прим. ред.: липидные везикулы — искусственно получаемые частицы, которые образованы одним или несколькими концентрическими замкнутыми липидными бислoями; внутренний водный объем липосом изолирован от внеш. среды.) для формирования молекулярного "отпечатка" целевого субстрата с последующей его фиксацией ковалентными связями.

- Рецепторы связываются с фосфолипидной везикулой за счет межмолекулярных взаимодействий, вследствие чего они получают достаточную гибкость, подвижность на мембране и могут эффективно подстраиваться под большие биомолекулы за счет межмолекулярных взаимодействий. По простому говоря, когда к подобной везикуле подходят определенные биомолекулы, рецепторные молекулы на везикуле  "подстраиваются" под нее, создавая "молекулярный слепок". Остается зафиксировать его классическими методами органической химии и использовать для распознавания биомолекулы, - пояснил Владимир Бурилов. -  Одновременно на этой же везикуле могут располагаться и люминесцентные  молекулы, которые дают соответствующий отклик, что позволит их использовать в качестве биомаркеров.

Рецепторы, которые используют исследователи в данном проекте, основаны на производных каликсаренов и тиакаликсаренов, давно и хорошо зарекомендовавших себя как эффективные рецепторы для различных молекул.

Говоря об актуальности проекта, Игорь Антипин подчеркнул, что сейчас перед исследователями стоит задача – получения материалов на основе контролируемой самоорганизации структурных элементов в ансамбли с заданными структурой и функциональными характеристиками.

- Это, в  частности,  может позволить задачу получения лекарственных препаратов, обладающих  повышенной селективностью действия и минимальными побочными эффектами.  Ни для кого не секрет, что действие многих лекарственных препаратов основано на том, что молекула "садится" на определенный фрагмент вируса, бактерии и блокирует какую-либо функцию, важную для жизнедеятельности этого биообъекта, например размножение. Здесь особенно важно, чтобы вещество эффективно связывалось именно с тем центром, который нужно блокировать. Сейчас экспериментальные методы вышли на такой уровень, который позволяет определить, какой центр, за какой вид деятельности ответственен, и теперь задача химиков-синтетиков создать молекулу, которая бы полностью соответствовала этим центрам, - прокомментировал Игорь Антипин.  

У ученых появилась идея использовать подходы супрамолекулярной химии.

 -  Целевая молекула-субстрат, на которую мы создаем рецептор, пусть сама себя окружить теми молекулами, которые комплементарны ей и служит темплатом для сборки рецептора. Таким образом, наша задача – собрать на молекуле-темплате рецепторы, а затем их просто зафиксировать. В итоге, когда убирается темплат, остаются высокоселективные молекулы, которые будут взаимодействовать только с этим темплатом.

Прошел год с момента начала реализации данного проекта, и ученым уже удалось создать структурные блоки с различными рецепторными фрагментами.

- Второй год у нас будет посвящен изучению закономерностей связывания наших синтетических рецепторов с молекулами-темплатами и разработке методов их фиксации. К концу третьего года планируется создать все необходимые структурные блоки и показать, как эти структурные блоки можно собрать на заданном темплате и затем ковалентно соединить их, - поделился планами Игорь Антипин.

Данный проект важен также с точки зрения профессионального роста молодых исследователей, студентов и аспирантов, которые задействованы в данном проекте.

- Этот проект помог заинтересовать и привлечь к научной работе студентов, аспирантов и молодых кандидатов наук. Возможность работать над амбициозными научными проблемами как в области синтетической органической, так и супрамолекулярной химии мотивирует молодых исследователей и настраивает их на научный рост. Кроме того, благодаря проекту возможна финансовая поддержка молодых исследователей, что также очень важно, поскольку позволило привлечь в стены университета несколько талантливых молодых ученых – кандидатов наук, - резюмировал Владимир Бурилов.