10 августа 2020, понедельник, 02:32
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Новые вещества позволяют наблюдать за ионами кальция в живых клетках

Изображение с флуоресцентного микроскопа. Культура фибробластов человека, обработанная синтезированным соединением, зеленым подсвечиваются ионы кальция внутри клеток, черные области внутри зеленых образований — клеточные ядра
Изображение с флуоресцентного микроскопа. Культура фибробластов человека, обработанная синтезированным соединением, зеленым подсвечиваются ионы кальция внутри клеток, черные области внутри зеленых образований — клеточные ядра

Сотрудники кафедры химии и технологии биомедицинских препаратов РХТУ имени Д. И. Менделеева, АО НЦ «Малотоннажная химия», Института биологии гена РАН и Института общей физики РАН вместе с немецкими коллегами из Технического университета Кемница и Университета Эрлангена-Нюрнберга синтезировали соединения, способные контрастно подсвечивать ионы кальция в растворах, биологических тканях и даже внутри клеток, сообщает отдел научной коммуникации РХТУ.

Молекулы этих веществ сочетают две функциональные группы — бисфосфонатная служит рецептором для катионов кальция, а нафталимидная интенсивно флуоресцирует после воздействия лазерным излучением. За счет этого они связываются с катионами кальция и могут их контрастно подсвечивать. Соединения перспективны для терапии костных заболеваний, а также неинвазивной диагностики различных новообразований, связанных с избыточной кальцификацией мягких тканей. Возможности новых молекул подтверждены серией экспериментов, в том числе и на клеточных культурах. Результаты работы опубликованы в июльском номере журнала Sensors and Actuators B.

Бисфосфонатные группы в силу своей геометрии очень хорошо связываются с ионами кальция и поэтому обладают большими перспективами для неинвазивной диагностики в медицине и биологии. Например, повышенная концентрация кальция в тканях молочных желез, почек или сосудов может говорить о ранних стадиях различных патологий, в том числе злокачественных опухолей. В новой работе российские и немецкие химики совместили бисфосфонатные группы с флуоресцирующими метками на основе нафталимидов и таким образом получили молекулы для поиска кальция.

«До нас на данной оптической платформе никто флуоресцентные бисфосфонаты не создавал, — рассказывает один из авторов работы, доцент РХТУ и сотрудник АО Научного центра «Малотоннажная химия» Максим Ощепков. — Мы совместили в одной молекуле хорошо известную алендроновую кислоту, применяемую для подавления разрушения костной ткани, и получили молекулу, которая идет туда, где наблюдаются проблемы с костной или мягкими тканями, селективно связывается именно с кальцием, а потом может быть детектирована по флуоресценции метки, возбужденной лазерным излучением. Получается такой рецептор, который соединяется с кальцием и подсвечивает его».

Синтез биофосфатных соединений обычно очень сложный и дорогостоящий. Он включает в себя до десяти различных стадий, и суммарный выход продукта получается настолько низким, что его вряд ли можно использовать на практике. Российские и немецкие химики предложили блочный метод синтеза, который оказался гораздо более простым и включал в себя максимум четыре стадии. С помощью него было получено три различных соединения, отличающихся длиной спейсера, разделяющего флуоресцирующую нафталимидную группу от рецепторной бисфосфонатной группы. Для всех соединений провели серию экспериментов: исследователи изучали, насколько стабильной будет флуоресценция в широком диапазоне pH и условиях, приближенных к физиологическим, а также оценивали интенсивность связывания новых молекул с ионами кальция.

В дальнейших экспериментах ученые ввели синтезированные вещества в культуру фибробластов человека и обнаружили, что бисфосфонаты проникают через мембрану внутрь клеток, не повреждая их, и там связываются с ионами кальция, позволяя их потом визуализировать по флуоресценции. При этом внутрь клеточных ядер бисфосфонаты не проникают, что делает их малотоксичными. В другом эксперименте, кроме фибробластов, в смесь еще добавляли гидроксиапатит — основную минеральную составляющую костной ткани. Здесь бисфосфонаты уже преимущественно не проникали внутрь клеток, а соединялись с более доступным кальцием на поверхности гидроксиапатита, и так была показана модельная возможность контрастирования костной ткани на фоне мягких тканей.

Новые соединения перспективны для отслеживания кальциевых процессов. Если ввести их перорально или с помощью инъекции, а потом облучить лазерным излучением, то возбужденная в нафталимидных группах флуоресценция контрастно подсветит кальциевые отложения в костных или мягких тканях различных полых органов. Более того, такой подход можно использовать даже при проведении операций: маска со светофильтрами позволяет хирургу видеть кальцинированные участки открытых тканей уже в непрерывном режиме. 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.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.