Новости

14 июля, 2020 17:56

Ученые придумали, как подсветить места скопления кальция в организме

Источник: РИА Новости
Российские химики в сотрудничестве с немецкими коллегами синтезировали соединения, способные контрастно подсвечивать ионы кальция в растворах, биологических тканях и даже внутри клеток. Метод найдет свое применение при терапии костных заболеваний и при неинвазивной диагностике различных новообразований, связанных с избыточной кальцификацией мягких тканей. Описание разработки опубликовано в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
Культура фибробластов человека, обработанная синтезированным соединением. Источник: РХТУ

Исследование проведено сотрудниками кафедры химии и технологии биомедицинских препаратов РХТУ имени Д.И. Менделеева в сотрудничестве с Институтом биологии гена РАН, Институтом общей физики РАН, а также Техническим университетом Кемница и Университетом Эрлангена-Нюрнберга в Германии. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.

Полученные соединения состоят из двух функциональных групп — бисфосонатная служит рецептором для катионов кальция, а нафталимидная интенсивно флуоресцирует после воздействия лазерным излучением.

Бисфосфонатные группы в силу своей геометрии хорошо связываются с ионами кальция и очень перспективны для неинвазивной диагностики в медицине и биологии. Например, повышенная концентрация кальция в тканях молочных желез, почек или сосудов может говорить о наличии различных патологий, в том числе злокачественных опухолей. Препараты на основе бисфосфонатов используют для терапии костных заболеваний с 1980-х годов.

По мнению авторов, бисфосфонатные группы с флуоресцирующими метками на основе нафталимидов могут использоваться в качестве маркеров для поиска кальция. Флуоресцентная микроскопия обладает высокой чувствительностью и наглядностью, а оптические маркеры значительно безопасней и дешевле по сравнению с радиоактивными метками.

"До нас на данной оптической платформе никто флуоресцентные бисфосфонаты не создавал, — приводятся в пресс-релизе слова первого автора статьи, доцента РХТУ Максима Ощепкова. — Мы получили молекулу, которая идет туда, где наблюдаются проблемы с костной или мягкими тканями, селективно связывается с кальцием, и потом может быть детектирована по флуоресценции метки, возбужденной лазерным излучением. Получается такой рецептор, который соединяется с кальцием и подсвечивает его".

"Кальций — очень важный с точки зрения биохимии катион, — рассказывает еще один автор работы, доцент РХТУ Сергей Ткаченко. — Его концентрация сильно отличается внутри и снаружи клеток многоклеточных организмов, и на этом завязано множество разных физиологических процессов. Но кальций сложно детектируется другими методами, кроме флуоресценции, особенно если вы хотите отследить процесс в динамике и не разрушить ткани. Поэтому наша работа может быть использована другими научными группами как новый инструмент для изучения и визуализации кальциевых процессов, в частности физиологических".

Возможности новых молекул ученые подтвердили серией экспериментов, в том числе и на клеточных культурах. Они изучили насколько стабильной будет флуоресценция в широком диапазоне pH и условиях, приближенных к физиологическим, а также оценили интенсивность связывания новых молекул с ионами кальция.

Затем исследователи проверили диагностические возможности новых соединений в лаборатории. Они ввели синтезированные вещества в культуру фибробластов человека и показали, что бисфосфонаты проникают через мембрану внутрь клеток, не повреждая их, и там связываются с ионами кальция, позволяя потом их визуализировать по флуоресценции. При этом в клеточные ядра бисфосфонаты не проникают, что делает их малотоксичными.

В другом эксперименте кроме фибробластов в смесь добавляли гидроксиапатит — основную минеральную составляющую костной ткани. В этом случае бисфосфонаты уже не проникали внутрь клеток, а соединялись с более доступным кальцием на поверхности гидроксиапатита. Таким образом авторы показали возможность контрастного представления костной ткани на фоне мягких тканей.

В ближайшее время исследователи планируют химически модифицировать новые вещества таким образом, чтобы они флуоресцировали не в видимом диапазоне, как сейчас, а в области ИК-излучения, которое гораздо лучше проникает через биологические ткани, что значительно повысит возможности диагностики.

28 марта, 2024
Ученые ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...
28 марта, 2024
Ученые научились управлять мощностью электронного пучка в течение его импульса
В Институте сильноточной электроники СО РАН модернизирована уникальная научная электронно-пучковая...