Российские ученые создали искусственный аналог клеточного рецептора

Российские ученые из Казанского федерального университета (КФУ) синтезировали синтетический аналог биологического рецептора (молекулы на поверхности клетки) анионов. Такая структура способна эффективно и избирательно связываться с отрицательно заряженными ионами, что позволяет использовать ее в качестве лекарственного и диагностического средства, а также при создании конструкций типа «электронный язык». Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в Beilstein Journal of Organic Chemistry.

Ионы – заряженные частицы, образующиеся из атомов в результате потери или принятия электронов, – играют важную роль в физиологии клетки и организма в целом. В частности, любые нарушения, связанные с обменом анионов (частиц, имеющих отрицательный заряд), могут привести к серьезным заболеваниям, а потому медикам необходимо своевременно обнаруживать пагубные изменения их содержания. В этом могут помочь синтетические аналоги природных структур (биомиметики), взаимодействующие с целью, анионом, а потом передающие полученную информацию о концентрации, виде иона и прочее на компьютер.

«Развитие исследований в области анион-рецепторных биомиметиков направлено на создание синтетических аналогов природных соединений. Это во многом необходимо для более глубокого понимания ряда биологических процессов. Нами получены новые эффективные и избирательные, синтетические рецепторы анионов на основе тиакаликсаренов», – рассказывает профессор Казанского федерального университета Иван Стойков.

Тиакаликсарены – органические соединения в форме чаши, центральная часть которой состоит из нескольких углеводородных колец, соединенных между собой атомами серы. Верхний обод представлен короткими разветвленными цепями из углерода и водорода, а в состав нижнего входят кислородсодержащие гидроксильные (связанные атомы водорода и кислорода) фрагменты. К последним в ходе химических реакций можно присоединить остатки сложных органических молекул, по-разному взаимодействующих с окружающими соединение веществами и потому определяющих свойства рецептора.

Так, в ходе работы в качестве остатков были использованы различные ацетамидные фрагменты – именно эти остатки сложных органических молекул и определили свойства рецепторов. Ученые проверяли, насколько хорошо новые рецепторы связываются с анионами, по изменению способности к поглощению, испусканию и отражению фотонов в ультрафиолетовом диапазоне. Оказалось, что исследуемые соединения эффективно связываются с ионами фтора, хлора, йода, брома, а также остатками азотной, фосфорной и уксусной кислот.

Однако более интересным открытием стало то, что синтезированные рецепторы в зависимости от своей формы (конформации) имеют разную избирательность к определенным видам ионов. Например, «чаша» в форме конуса охотнее взаимодействует с фтором, хлором, анионами уксусной и фосфорной кислот, тогда как частичный конус особо избирателен по отношению к иону фтора. Подобный результат свидетельствует о возможности применения различных конформаций производных тиакаликсарена в экспериментах и исследованиях, когда необходимо изучить содержание именно этих анионов.

«Синтезированные соединения могут найти практическое применение при разработке систем наподобие «электронного языка» – технологии, способной определить «вкус» образца, – новых материалов и диагностических конструкций. Разнообразие тиакаликсаренов, синтетически доступных и нетоксичных, делает их перспективными. В дальнейшем планируется получение структур с различным пространственным расположением боковых функциональных групп. Также будут получены материалы с функциями рецептора для систем доставки и дозирования лекарственных препаратов и создания новых улучшенных биосенсоров, где включены ферменты и ДНК, предназначенные для медицинской диагностики», – заключает Иван Стойков.