Сотрудники Института неорганической химии им. А. В.
Николаева СО РАН синтезировали новые люминесцентные соединения для
биовизуализации, нетоксичные для клеток. Они созданы на основе комплексов
редкоземельных металлов с лигандами — новыми производными β-енаминдиона.
«Эта работа продолжается в рамках гранта
Российского научного фонда. Стоит задача в том числе получить новые
люминесцентные материалы для биовизуализации. Чтобы создать материалы с
заданными характеристиками, мы исследуем не только люминесцентные свойства, но
и состав, структуру разрабатываемых соединений», — рассказывает старший
научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Елизавета Викторовна
Лидер.
Существующие сегодня люминесцентные красители для
биовизуализации — это преимущественно органические вещества, у которых есть
серьезные недостатки. Во-первых, многие из них токсичны: если добавить их в
питательную среду, клетка сразу погибает, и становится невозможно исследовать
ее в живом виде. Во-вторых, некоторые органические соединения плохо переносят
свет — они разрушаются и не позволяют увидеть необходимые клеточные структуры.
Поэтому ученые ищут агенты для биовизуализации среди комплексов лантанидов с
органическими или неорганическими лигандами. (Лантаниды — семейство из 14
химических элементов с порядковыми номерами 58—71, расположенных в VI периоде
системы Менделеева за лантаном и сходных с ним по свойствам. Лиганды —
молекулы, присоединенные к иону металла.)
Перспективные лиганды являются своего рода
антеннами: поглощают энергию при облучении светом и передают ее центральному
иону металла. Однако это свойство проявляется только в координационных
соединениях, то есть при наличии двух центров — металлического и органического.
В качестве первого выступают лантаниды. Разумеется, не все они подходят под
выбранные цели — среди них есть металлы, которые не обладают выраженными
люминесцентными свойствами.
Ученые ИНХ СО РАН разработали две новые серии
соединений лантанидов с лигандами — новыми производными β-енаминдиона (по пять
комплексов в каждой). β-енаминдион — большой класс соединений, который включает
фрагмент, содержащий две C=O-группы. Они отличаются наличием метоксигруппы,
которая находится в разных положениях.
Люминесценция комплексов лантанидов.
«Метоксигруппа — это группировка, которая никак
не координируется с металлом, но оказывает влияние на свойства “антенны”. Они
могут либо улучшаться, усиливаться, либо, наоборот, ухудшаться. Без
экспериментальной проверки сказать это однозначно нельзя. Конечно, существуют
различные квантово-химические методы расчетов, но они не всегда совпадают с
экспериментальными данными. В нашей работе мы тоже прибегаем к расчетной химии,
но потенциально перспективные соединения получаем на практике и смотрим, как
наличие и положение различных функциональных групп влияет на люминесцентные
свойства комплексов лантанидов. То есть какая из этих “антенн” будет работать
лучше», — отмечает Елизавета Лидер.
Исследователи изучают не только свойства полученных
соединений, но и их строение. Лантаниды — это металлы, которые имеют большое
количество координационных возможностей. Так, ученым удалось создать полимеры,
слоистые и каркасные структуры, в которых есть дополнительные полости. В
перспективе эти полости можно будет заполнять молекулами-гостями и
разрабатывать на их основе новые биологические применения полученных
соединений.
«Для разных катионов металлов мы получаем разные
люминесцентные свойства. В основном мы синтезируем комплексы европия, самария и
тербия, так как именно эти соединения излучают в видимой человеческим глазом
области света. При облучении ультрафиолетом первые светят красным цветом,
вторые — оранжевым, третьи — зеленым. В одной серии соединений лучше всего себя
проявил комплекс европия, в другой — европия и самария», — рассказывает
младший научный сотрудник ИНХ СО РАН Ксения Сергеевна Смирнова. Данный тип
люминесценции — это фосфоресценция, которая подразумевает длительные времена
излучения, миллисекунды (с химической точки зрения это много).
«Кроме того, мы показали, что полученные
соединения не являются цитотоксичными и не разрушают клетки при добавлении их к
клеточным линиям в питательной среде. В дальнейшем нужно смотреть, насколько и
каким образом они способны проникать сквозь мембрану клетки (это необходимо,
чтобы изучать ее структуру)», — комментирует Елизавета Лидер.
В перспективе полученные комплексы можно будет
использовать как в лабораторных анализах, так и в исследованиях на животных —
после того, как будет изучена токсичность на живом организме.
Сейчас ученые ищут аналоги этих соединений, меняя
функциональные группы лигандов, и более детально исследуют объекты, показавшие
высокую перспективность. «У нас действительно есть еще очень много
органических лигандов, способность к координации которых нужно проверять. Не
все комплексы получаются в одних и тех же условиях, и всегда стоит сверхзадача
— найти наилучшие условия для синтеза. Это достаточно трудоемкий процесс»,
— говорит Ксения Смирнова.
Основная часть работ проводится в Институте
неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, часть физико-химических
исследований — в Новосибирском государственном университете. Синтез
органических соединений β-енаминдиона проходит в Кубанском государственном
университете.
Исследование выполняется при
финансировании Российского научного фонда (грант № 20-73-10207, руководитель Е.
В. Лидер). «Поиск перспективных люминофоров и агентов для противоопухолевой
терапии в ряду смешаннолигандных комплексов редкоземельных и эндогенных
металлов на основе полипиридиновых, фосфиновых лигандов и производных тетразола
(конкурс 2020 года “Проведение исследований научными группами под руководством
молодых ученых” Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых
ведущими учеными, в том числе молодыми учеными)».
Текст: Диана Хомякова.
Иллюстрация предоставлена
исследователями.
Источник: "Наука в Сибири".